DE233063C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- te 233063 KLASSE 88 a.' GRUPPE- te 233063 CLASS 88 a. ' GROUP

Firma J. M. VOITH in HEIDENHEIM a. d. Brenz.J. M. VOITH company in HEIDENHEIM a. d. Brenz.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. November 1909 ab.Patented in the German Empire on November 23, 1909.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zur Regelung der Geschwindigkeit durch Wasserturbinen angetriebener Dynamomaschinen mittels zweier Regelungssysteme, von welchen das eine auf die Beaufschlagung der Turbinen einwirkt, während das andere einen dem Netz parallel geschalteten elektrischen Widerstand verstellt.The invention relates to a method for regulating the speed of water turbines driven dynamo machines by means of two control systems, one of which acts on the operation of the turbines, while the other adjusts an electrical resistance connected in parallel to the network.

Die Geschwindigkeitsregler, welche denThe speed controls that the

ίο Wasserzufluß durch Verstellen des Turbinenleitapparates ändern, haben den Vorteil, daß bei veränderlichem Kraftbedarf nicht mehr Wasser aus dem Sammelweiher entnommen wird, als zur Erzeugung der Kraft erforderlich ist. Durch diese Art der Regelung bleibt der Nutzeffekt selbst bei großen Kraftänderungen gleichmäßig gut, so daß die Regelung sehr wassersparend wirkt. Nachteilig ist jedoch, daß Drucksteigerungen auftreten, die bei langen Rohrleitungen gefährlich werden können und besondere, gesteuerte Nebenauslässe o. dgl. verlangen. Ferner bedingt die stabile Regelung namentlich bei langen Rohrleitungen die Anordnung entsprechend großer Schwungmassen.ίο Water inflow by adjusting the turbine nozzle change, have the advantage that, when the power requirement changes, no more water is taken from the collecting pond than is required to generate the force. With this type of regulation, the benefit remains even with large changes in force evenly good, so that the control is very water-saving works. The disadvantage, however, is that pressure increases occur, which occur with long pipelines can become dangerous and require special controlled secondary outlets or the like. Further The stable regulation requires the arrangement accordingly, especially in the case of long pipelines large centrifugal masses.

Der elektrische Widerstandsregler arbeitet bekanntlich derart, daß ein von der zu regelnden Turbine angetriebenes Pendel die Elektroden eines Flüssigkeitswiderstandes mehr oder weniger tief eintaucht. Der Widerstand ist dem Hauptstrom des von der Turbine angetriebenen Generators parallel geschaltet und verbraucht die überschüssige elektrische Energie.The electrical resistance regulator is known to work in such a way that one of the to be regulated Turbine driven pendulum the electrodes of a fluid resistance more or less immersed deeply. The drag is the main flow of that driven by the turbine The generator is connected in parallel and consumes the excess electrical energy.

Je nachdem die Umdrehungszahl steigt oder fällt, wird mehr oder weniger Widerstand eingeschaltet, so daß dadurch die Umdrehungszahl der Turbine auf annähernd gleicher Höhe gehalten wird.Depending on the number of revolutions increases or decreases, more or less resistance is switched on, so that thereby the number of revolutions of the turbine is kept at approximately the same level will.

Der Vorzug der elektrischen Widerstandsregelung besteht nun darin, daß bei Belastungsänderungen im äußeren Netz oder bei Kraft- änderungen infolge von Zu- und Abschaltungen angehängter Arbeitsmaschinen die Belastung des Generators und die Beaufschlagung der Turbinen konstant bleiben. Am Generator sind dadurch die Spannungsschwankungen vermieden und irgendwelche Druckänderungen in der Turbinenrohrleitung können nicht auftreten. Nebenauslässe erübrigen sich ebenfalls. Dagegen hat der Widerstandsregler den Nachteil, daß die Beaufschlagung der Turbinen auf die größte, wenn auch vorübergehende Kraftleistung eingestellt werden muß. Wird dann zeitweise eine geringere Leistung als die höchste benötigt,, so verbraucht der Widerstandsregler die überschüssige Kraft. Es wird also von der im Sammelweiher aufgespeicherten Energie ein Teil nutzlos vergeudet. .The advantage of the electrical resistance control is that in the event of changes in load in the external network or in the event of force Changes due to the connection and disconnection of attached machines reduce the load of the generator and the admission of the turbines remain constant. Are on the generator this avoids the voltage fluctuations and any pressure changes in the turbine pipeline cannot occur. Side outlets are also unnecessary. On the other hand, the resistance regulator has the disadvantage that the application of the turbines to the greatest, albeit temporary, power output must be adjusted. It will then at times a lower power than the highest required, so the resistance regulator consumes the excess force. So it is from the energy stored in the collective pond Part wasted uselessly. .

Gemäß der Erfindung wird bei plötzlichen Entlastungen die ganze frei werdende Energie der Dynamomaschine bzw. -maschinen sofortAccording to the invention, in the case of sudden reliefs, all the energy released is the dynamo machine or machines immediately

von dem Widerstände oder deren mehreren aufgenommen, während die Beaufschlagung der Turbine oder Turbinen zwecks Vermeidung von Drucksteigerungen in einer oder mehreren Rohrleitungen nur ganz langsam verringert und gleichzeitig der Widerstand wieder langsam in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt wird. Indes können gegebenenfalls zwei getrennte Regler für die beiden Systeme vorgesehen sein,taken up by the resistors or several of them, while the application of the turbine or turbines in order to avoid pressure increases in one or more pipelines only very slowly reduced and at the same time the resistance is slowly returned to its original position. However, if necessary, two separate controllers can be provided for the two systems,

ίο von denen der Beaufschlagungsregler auch bei Entlastungen ungehemmt arbeitet, während der Widerstandsregler lediglich als Sicherheitsregler dient, um bei einem Versagen des Beaufschlagungsreglers ein Durchgehen der Tur- bine zu verhindern.ίο of which the admission regulator is also at Relief works unchecked, while the resistance regulator is only used as a safety regulator serves to prevent the door from going through in the event of a failure of the loading regulator bine to prevent.

Zur Erläuterung des neuen Regelungsverfahrens ist auf der Zeichnung eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung des Verfahrens schematisch zur Darstellung gelangt.To explain the new control method, an example is shown in the drawing Arrangement for the application of the method is shown schematically.

ao Die Beaufschlagung der zu regelnden Turbine wird durch die Regulierwelle w verstellt, die durch den Geschwindigkeitsregler r beeinflußt wird. Der Regler r betätigt auch die Elektroden β, welche er mehr oder weniger tief in den Flüssigkeitswiderstand f eintaucht. Die Elektroden e liegen in Parallelschaltung zum äußeren Netz, welches von der von der Turbine t angetriebenen Dynamo gespeist wird. Die Wirkungsweise des Reglers r ist folgende:ao The loading of the turbine to be controlled is adjusted by the regulating shaft w , which is influenced by the speed controller r. The controller r also operates the electrodes β, which it dips more or less deeply into the fluid resistance f. The electrodes e are connected in parallel to the external network, which is fed by the dynamo driven by the turbine t. The mode of operation of the controller r is as follows:

Bei gleichmäßigem Betrieb sind die Elektroden e gerade noch aus dem Flüssigkeitswiderstand herausgezogen, damit keine elektrische Energie dauernd vernichtet wird.
Es sind nun mehrere Fälle zu unterscheiden:With uniform operation, the electrodes e are just pulled out of the fluid resistance so that no electrical energy is permanently destroyed.
There are several cases to be distinguished:

Fall ι: Plötzliche Entlastung. Die Tourenzahl steigt und der Regler senkt die Elektroden rasch in den Flüssigkeitswiderstand, der die frei werdende Energie aufnimmt, während die Regulierwelle w nur sehr langsam den Leitapparat schließt, so daß eine Drucksteigerung in der Rohrleitung hierbei nicht auftritt. Dieses langsam sich fortsetzende Schließen des Leitapparates strebt wieder eine Verringerung der Tourenzahl der Turbine und des Reglers an, wodurch dieses anderseits die Elektroden e ganz langsam wieder aus dem Flüssigkeitswiderstand herauszieht, so daß der ursprüngliche Zustand bei normaler Tourenzahl wieder hergestellt wird.Case ι: Sudden relief. The number of revolutions increases and the controller quickly lowers the electrodes into the fluid resistance, which absorbs the energy released, while the regulating shaft w only closes the diffuser very slowly, so that there is no increase in pressure in the pipeline. This slowly continuing closing of the diffuser again strives to reduce the number of revolutions of the turbine and the controller, which on the other hand pulls the electrodes e very slowly out of the fluid resistance, so that the original state is restored with the normal number of revolutions.

Fall 2: Langsame Entlastung. Der Regler r dreht nur ganz langsam die Regulierwelle w und schließt den Leitapparat, während die Elektroden e in Ruhe, d. h. gerade über dem Flüssigkeitsspiegel stehen bleiben.Case 2: Slow relief. The regulator r turns the regulating shaft w very slowly and closes the diffuser, while the electrodes e remain at rest, ie just above the liquid level.

Fall 3: Belastung. Der Regler r öffnet den Turbinenleitapparat der Größe der plötzlichen Belastung entsprechend langsamer oder rascher, während die Elektroden e in Ruhe bleiben.Case 3: exposure. The controller r opens the turbine nozzle according to the size of the sudden load more slowly or more quickly, while the electrodes e remain at rest.

Unter Umständen kann es von Vorteil sein, die Elektroden so einzustellen, daß sie bei gleichmäßigem Betrieb stets um einen gewissen Teil eingetaucht bleiben.Under certain circumstances it can be an advantage to adjust the electrodes so that they work evenly Operation always remain immersed to a certain extent.

Fall 4: Bei plötzlichen und langsamen Entlastungen ist der Vorgang genau wie bei Fall 1 und 2, nur \verden die Elektroden nach dem plötzlichen Eintauchen nicht wieder ganz herausgezogen, sondern bleiben um das gewisse Stück eingetaucht.Case 4: In the case of sudden and slow relief, the process is exactly the same as in case 1 and 2, only the electrodes are not pulled out completely after the sudden immersion, but remain immersed around the certain piece.

Fall 5: Plötzliche Belastung. Die Tourenzahl nimmt ab und der Regler öffnet den Türbinenleitapparat rasch und zieht auch gleichzeitig die Elektroden rasch aus dem Widerstand heraus. Reide Regulierungen unterstützen sich daher sehr wirksam, worauf der Regler den Turbinenleitapparat weiter langsam öffnet. Dieses langsame Öffnen des Leitapparates strebt eine Erhöhung der Tourenzahl der Turbine und des Reglers an, wodurch dieser anderseits die Elektroden e wieder bis zu der bestimmten Eintauchtiefe, entsprechend der normalen Tourenzahl, eintaucht.Case 5: Sudden exposure. The number of revolutions decreases and the controller quickly opens the door guide apparatus and at the same time quickly pulls the electrodes out of the resistor. Reide regulations therefore support each other very effectively, whereupon the controller slowly opens the turbine nozzle. This slow opening of the diffuser strives to increase the number of revolutions of the turbine and the controller, which on the other hand immerses the electrodes e again up to the specific immersion depth, corresponding to the normal number of revolutions.

Fall 6 : Langsame Belastung. Der Regler öffnet den Leitapparat langsam, ohne daß die Elektroden von der Stelle bewegt werden.Case 6: Slow exercise. The regulator slowly opens the diffuser without the Electrodes are moved from the site.

Die konstruktive Durchbildung des Reglers kann eine verschiedenartige sein. Es bietet jedoch dem mit ähnlichen Aufgaben vertrauten Fachmann keine Schwierigkeit, unter Zuhilfenahme von hydraulischen oder mechanischen Servomotoren, Federanordnungen, Schleppbremsen, Flüssigkeitskatarakten oder sonstiger Getriebe Regler zu konstruieren, die eine Wirkungsweise besitzen, welche den unter Fall 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 gestellten Bedingungen genau entspricht.The design of the controller can be of various types. It offers however, those skilled in the art familiar with similar tasks will have no difficulty with the aid of hydraulic or mechanical servomotors, spring arrangements, drag brakes, To construct fluid cataracts or other gear regulators that have a mode of action which exactly meet the conditions set out in cases 1 to 3 or 4 to 6 is equivalent to.

An Stelle eines kombinierten Geschwindigkeits- und Widerstandsregulators können zwei getrennte Regler aufgestellt werden, von welchen der eine auf den Leitapparat der Turbine einwirkt und der andere als Widerstandsregler wirkt. Beide Regler können sowohl mittels Riemen von der Turbinenwelle aus angetrieben werden, oder auch bei Wechselstrombetrieb mittels Synchronmotoren. Die Abhängigkeit der beiden Regler zueinander, die erforderlich ist, damit sie so zusammen regulieren können, wie unter Fall 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 beschrieben, kann durch irgendwelche Verbindungsgetriebe, wie Wellen, Kabel, Servomotoren, Katarakte, Federn, Hebel, Stangen, elektrische Relais o. dgl. erzielt werden.Instead of a combined speed and resistance regulator, two separate controllers are set up, one of which is on the nozzle of the turbine acts and the other acts as a resistance regulator. Both controllers can be operated by means of Belts are driven from the turbine shaft, or with AC operation by means of synchronous motors. The dependence of the two controllers to each other, which is necessary so that they can regulate together as described under case 1 to 3 or 4 to 6, can by any connecting gear, such as Shafts, cables, servomotors, cataracts, springs, levers, rods, electrical relays or the like. be achieved.

Die Abhängigkeit der beiden Regler voneinander kann aber auch in einfachster Weise nur durch die beiden Pendel bewirkt werden, indem deren Reglermuffen für jede Geschwindigkeitsänderung gleiche Wege zurücklegen und somit gerade so zusammen arbeiten, als wenn der Geschwindigkeitsregler und der Widerstandsregler wie beim kombinierten Regler durch ein gemeinschaftliches Pendel beeinflußt würde. i2qThe dependence of the two controllers on one another can, however, also be very simple can only be effected by the two pendulums, adding their regulator sleeves for each speed change cover the same distances and thus work together as if the speed regulator and the resistance regulator as with the combined regulator a communal pendulum would be affected. i2q

Letztbeschriebene Anordnung hat insbesondere für Wechselstromzentralen mit mehreren Einheiten große Bedeutung.The last-described arrangement has in particular for AC power stations with several Units are of great importance.

Die Wechselstromgeneratoren sind alle synchronlaufend parallel geschaltet, während jede der zugehörigen Turbinen von einem mittels Riemens angetriebenen Geschwindigkeitsregler, welcher auf die Leitapparate einwirkt, geregelt wird.The alternators are all synchronous connected in parallel, while each of the associated turbines is controlled by a belt-driven speed controller, which acts on the diffuser is regulated.

ίο Für alle Turbinen zusammen ist ein einziger oder auch mehrere Widerstandsregler, entsprechend der Leistung der ganzen Zentrale, besonders aufgestellt, welche durch einen oder mehrere Elektromotoren synchron mit den Generatoren laufend angetrieben werden.ίο For all turbines together there is a single one or several resistance regulators, depending on the performance of the entire control center, specially set up, which by one or more electric motors in sync with the generators are continuously driven.

Überhaupt ist für das Wesen der Erfindung ganz gleichgültig, wie viele Geschwindigkeits- und Widerstandsregler zur Aufstellung kommen, in welcher Weise dieselben synchron angetrieben und zueinander in Abhängigkeit gebracht oder miteinander verbunden werden. Eine weitere Anwendung des Regelungsverfahrens besteht darin, bei einer Turbinenanlage die beiden Regelungssysteme durch getrennte Regler anzutreiben und den Beaufschlagungsregler so auszuführen, daß die Schließbewegung ohne Hemmung erfolgt, damit er bei plötzlichen größeren Entlastungen auch rasch regulieren kann.In general, it does not matter to the essence of the invention how many speed and resistance regulators come to the list, in which way the same driven synchronously and brought into interdependence or connected to one another. Another application of the control method is in a turbine system to drive the two control systems by separate controllers and to execute the loading controller so that the closing movement takes place without inhibition so that it can regulate quickly in the event of sudden greater relief can.

Andererseits wird der Widerstandsregler derart eingestellt, daß er bei normalem Betrieb und geringer Erhöhung der Tourenzahl bis beispielsweise 10 Prozent in Ruhe verbleibt, aber bei einem weiteren Steigen der Geschwindigkeit den Widerstand rasch eintaucht und demzufolge das weitere Steigen verhindert.On the other hand, the resistance regulator is set so that it is in normal operation and a small increase in the number of tours until, for example, 10 percent remains calm, but with a further increase in speed the resistance dips quickly and consequently prevents further climbing.

In diesem Falle hat der Widerstandsregler die Funktion eines Sicherheitsreglers, der bei einem Versagen des Beaufschlagungsreglers in Wirkung tritt und ein Durchgehen der Turbine verhindert.In this case, the resistance regulator has the function of a safety regulator, which is used in a failure of the admission regulator comes into effect and a runaway of the turbine prevented.

Claims

Patent Claims:

1. Procedure for regulating the speed Dynamo machines driven by water turbines by means of two control systems, one of which responds to the application the turbine (or turbines) acts while the other adjusts one or more electrical resistors connected in parallel to the network, characterized in that, that in the case of sudden relief the resistance (or the resistances) take up all the released energy of the Dynamo machine (or dynamo machines) picks up immediately while the application is being made of the turbine (or turbines) in order to avoid pressure increases in the pipeline (or pipelines) only is reduced very slowly and at the same time the resistance (or the resistances) is slowly returned to its original position.

2. The method according to claim 1, characterized in that the two control systems influenced by separate controllers from which the admission regulator is uninhibited even when the load is discharged can regulate, while the resistance regulator serves only as a safety regulator, to prevent the turbine from running away in the event of a failure of the pressure regulator.

1 sheet of drawings.