DE443887C - Hilfsmaschine fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

Durch die vorliegende Erfindung soll bei indirekt wirkenden Reglern erreicht werden, daß nach einer Störung des Beharrungszustandes zwar zuerst große Regelungsgeschwindigkeiten auftreten, daß aber die Regelungsgeschwindigkeit alsbald, und zwar früher als bei den Reglern der bekannten Bauarten, abnimmt, und insbesondere, daß das Abnehmen der Regelungsgeschwindigkeit nicht nur durch das Herabgehen

ίο der Schnelligkeit, mit der sich die zu regelnde Größe (z. B. die Drehzahl einer Kraftmaschine) ändert, sondern auch unabhängig hiervon bewirkt wird. Zu diesem Zwecke wird der von der Hilfskraftmaschine auf das Steuerorgan übertragenen Rückführungsbewegung eine zweite vom Regler (z. B. der Muffe des Fliehkraftreglers) abgeleitete Bewegung unter Anwendung eines Nachgebegetriebes hinzugefügt.

Abb. ι zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Geschwindigkeitsregler einer Turbine; α ist der Fliehkraftregler, dessen Muffe durch den Rückführhebel b das Steuerventil c bewegt. Das Steuerventil leitet Drucköl auf die obere oder die untere Seite des Arbeitskolbens d. Die Kolbenstange ist bei e an die Leitvorrichtung der Turbine angeschlossen. Die Einrichtung ist dabei so getroffen, daß durch ein Anheben des Steuerventils der Arbeitskolben d nach unten gedrückt und dadurch die Öffnung der Leitvorrichtung der Turbine ver-

kleinert wird. Auf der nach oben durchgeführten Kolbenstange ist das Nachgebegetriebe f angeordnet, welches hier als ein Reibradgetriebe angenommen ist. In das obere Ende der Kolbenstange ist nämlich ein Gewinde eingeschnitten, in welches die hülsenförmige Mutter g eingreift, die oben durch ein Kugelgelenk (welches auch die Drehung der Mutter um ihre eigene Achse zuläßt) mit dem linken Endpunkte des Hebels I ίο verbunden ist. Die Mutter ,g trägt die kreisförmige, in der Abbildung im Schnitt erscheinende Reibrolle h. Gegen die Reibrolle h wird die Reibscheibe i durch einen auf ihrer Welle-fe wirkenden Federdruck (Pfeil rechts) dauernd angedrückt. Die Reibscheibe läuft, durch ein nicht gezeichnetes Getriebe angetrieben, dauernd um; die Lager sind fest. Der Drehsinn muß dem eingezeichneten Pfeil entsprechen, wenn das Gewinde ein Rechtsgewinde ist. Diese Einrichtung bewirkt, daß sich die hülsenförmige Mutter g relativ zur Kolbenstange mit einer Geschwindigkeit verschiebt, die gleich der Abweichung der Reibrolle h bzw. der Mutter g aus der Mittellage eines Proportionalitätsfaktors ist. Der Proportionalitätsfaktor heißt Zeitkonstante des Nachgebegetriebes.

Der mittlere Punkt des Hebels I ist durch einen Lenker mit dem rechten Endpunkt des Rückführhebels b verbunden. Wenn der rechte Endpunkt s des Hebels I fest wäre, würde sich der Regler nicht wesentlich von einem Regler der bekannten Bauarten unterscheiden. Der rechte Endpunkt s des Hebels I ist hier jedoch unter Zwischenschaltung eines Lenkers und eines Kugelgelenkes mit der hülsenförmigen Mutter q eines zweiten Nachgebegetriebes j> verbunden, dessen Gewindespindel ο durch die Hebel η und m und die erforderlichen Lenker von der Muffe des Fliehkraftreglers verstellt wird.

Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: Nach einer Entlastung der Turbine steigt die Muffe des Fliehkraftreglers, das Steuerventil wird etwas angehoben, und der Kraftkolben setzt sich nach abwärts in Bewegung. Auch die Gewindespindel 0 wird durch die steigende Muffe des Fliehkraftreglers gehoben, .In der ersten Phase der Bewegung, solange nämlich die Gewindespindel 0 noch keinen erheblichen Weg zurückgelegt hat, ist die Relativgeschwindigkeit der Mutter q zur Stange 0 unmerklich, und die Bewegung der Steuerteile verläuft deswegen fast ebenso, als ob die Punkte r und s starr verbunden wären. Es ist leicht erkennbar, daß dann der Regler nicht anders wirkt als ein Regler der bekannten Bauarten: die starre Verbindung der Punkte r und s bewirkt nur, daß der Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers kleiner wird, als er sein würde, wenn der Punkt s fest wäre. Wenn im weiteren Verlauf die Bewegung der Mutter q eine erhebliche Abweichung aus ihrer Mittellage angenommen hat, wird jedoch das Nachgeben des Nachgebegetriebesp merklich; wenn die Zeitkonstante dieses Getriebes genügend groß ist, wird die Schnelligkeit, mit der sich die Entfernung der Punkte r und s vergrößert, so erheblich, daß der Punkt s auch bei unverminderter Geschwindigkeit des Kraftkolbens nur noch langsam steigt. Die Wirkung des Reglers nähert sich deswegen nunmehr der Wirkung eines Reglers, bei dem der Punkt s überhaupt fest ist, d. h. der Wirkung eines Reglers mit großem Ungleichförmigkeitsgrade. Wenn die Geschwindigkeit, mit der die Muffe des Fliehkraftreglers steigt, kleiner wird und dadurch auch die Geschwindigkeit des Kraftkolbens geringer geworden ist, wird sich der Punkt s sogar nach abwärts verschieben, obwohl der Punkt r noch im Steigen begriffen ist. Wenn die Zeitkonstante des Nachgebegetriebes f genügend klein ist, kann man es sogar erreichen, daß der Kraftkolben seine Bewegungsrichtung umkehrt, bevor die Drehzahl ihren höchsten Wert erreicht hat.

Die Zeitkonstante des Nachgebegetriebes p sollte größer sein als die Zeitkonstante des Nachgebegetriebes/\ Wenn die Zeitkonstanten der beiden Nachgebegetriebe gleich groß gemacht werden, würde in kinematischer Hinsicht eine Anordnung des Reglers nach Abb. 2 gleichwertig sein, wobei die Bewegungen des Kraftkolbens und der Muffe des Fliehkraftreglers durch den Hebel t zusammengefaßt und auf der Spindel eines einzigen Nachgebegetriebes übertragen werden, welches den rechten Endpunkt des Rückführhebels b verstellt. Eine nähere Untersuchung zeigt jedoch, daß die Bewegungsverhältnisse eines Reglers dieser Art nicht anders sind als die Bewegungsverhältnisse eines Reglers der bekannten Bauarten (welche man sich aus dem Regler nach Abb. 2 etwa dadurch hervorgegangen denken kann, daß man den rechten Endpunkt des Hebels in einem festen Drehpunkt lagert), sofern nur bei letzterem die verschiedenen in Betracht kommenden Hebelverhältnisse in bestimmter Weise gewählt werden. Der Vorteil, den man in baulicher Hinsicht vielleicht unter Umständen mit einer Anordnung nach Abb. 2 im. Vergleich zu der üblichen Anordnung der Steuerung erreichen kann, wird meistens den Nachteil der größeren Verwicklung der Anordnung nicht aufwiegen. Man wird also im allgemeinen eine Anordnung nach Abb. 1 auszuführen haben und dem Nachgebegetriebe p eine erhebliche größere Zeitkonstante geben müssen als dem Nachgebegetriebe f.

Die Vorteile, die man dadurch erreicht, daß man der von der Hilfskraftmaschine auf das Steuerorgan übertragenen Rückführungsbewegung eine zweite,vom Fliehkraftregler abgeleitete Bewegung hinzufügt, werden jedoch sehr viel und überraschend größer, wenn man diese Bewegung

durch zwei hintereinandergeschaltete Reibradgetriebe hindurchleitet.

In Abb. 3 ist schematisch das Ausführungsbeispiel eines solchen Reglers dargestellt. Die Bedeutung der Bezeichnungen α bis einschließlich s ist dieselbe wie in Abb. i. Der rechte Endpunkt des Hebels m ist durch einen Lenker mit der Gewindespindel u eines Nachgebegetriebes υ verbunden. Die hülsenförmige Mutter dieses

ίο Nachgebegetriebes verschiebt unter Vermittlung eines die Drehung der Mutter ermöglichenden Gelenkes die Stange o, welche, gegen Drehung gesichert, in der Führung w auf und ab gleiten kann. Die Stange ο trägt unten das Gewinde für das Nachgebegetriebe p, welches in gleicher Weise wie bei Abb. 1 mit dem rechten Endpunkt jt des Hebels I verbunden ist.

Um ein Bild über die Wirkungsweise der beiden hintereinandergeschalteten Nachgebege-

ao triebe zu erhalten, sei angenommen, daß ein Beharrungszustand vorhanden war, und daß sich dann die Muffe des Fliehkraftreglers und damit auch der Punkt r plötzlich mit einer bestimmten, in der Folgezeit gleichbleibenden Geschwindigkeit nach oben in Bewegung setzen. Die hülsenförmige Mutter des Nachgebegetriebes ν und mit ihr auch die Gewindespindel des Nachgebegetriebes 0 werden zunächst der Bewegung des Punktes r folgen. Sobald die hülsenförmige Mutter des Nachgebegetriebes ν eine genügend große Abweichung aus der Mittellage angenommen hat, wird das Nachgeben des Nachgebegetriebes υ merklich; die Aufwärtsgeschwindigkeit der Mutter und mit ihr der Gewindespindel ο werden also abnehmen. Die hülsenförmige Mutter q des Nachgebegetriebes p, welches zunächst die Verschiebung der Gewindespindel 0 mitgemacht und eine merkliche Abweichung aus der Mittellage angenommen hat, wird sich nunmehr wieder ihrer Mittellage nähern, da ihre Verschiebungsgeschwindigkeit relativ zur Gewindespindel 0 nunmehr die verkleinerte Aufwärtsgeschwindigkeit der. Gewindespindel 0 überwiegt. Der Punkt s des Hebels I wird also eine gewisse Zeit nach dem Eintritt der Gleichgewichtsstörung in seine Mittellage zurückzukehren beginnen, auch wenn die Aufwärtsbewegung der Pendelmuffe anhält. Die Art, in der sich der Punkt s bewegt, ist also hier grundsätzlich verschieden von der Art, in der sich der Punkt s bei einem Regler nach Abb. 1 bewegt. Durch die Anordnung nach Abb. 3 wird die zu Beginn der Gleichgewichtsstörung einsetzende schnelle Bewegung des Kraftkolbens d mit großer Bestimmtheit rechtzeitig unterbrochen. Dadurch wird trotz der großen, zu Beginn der Gleichgewichtsstörung einsetzenden Verstellgeschwindigkeiten eine gute Dämpfung der Drehzahlschwingungen oder sogar ein aperiodischer Verlauf derselben erreicht.

Der günstige Einfluß der Bewegungen des Punktes s tritt noch schärfer hervor, wenn man die Punkte r und s statt durch zwei (v, p) durch noch mehr hintereinandergeschaltete Nachgebegetriebe verbindet. Die größere Verwicklung dieser Anordnung wird aber meistens durch diesen Vorteil nicht gerechtfertigt werden.

Wenn die Punkte r und s durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Nachgebegetriebe verbunden sind, brauchen deren Zeitkonstante nicht unbedingt größer zu sein als die Zeitkonstante des Getriebes f.

Die vom Kraftkolben abgeleitete Rückführung kann auch eine starre sein. Solche Regler gehen· aus dem allgemeinen Schema der Abb. 1 und 3 dadurch hervor, daß man den Zeitkonstanten des Getriebes f den speziellen Wert Null gibt.

In vielen Fällen wird es praktisch nicht zulässig sein, der Muffe des Fliehkraftreglers die zur Verstellung eines Nachgebegetriebes erforderliche Arbeit aufzubürden, weil dadurch die Empfindlichkeit des Fliehkraftreglers beeinträchtigt werden würde. TJm dies zu vermeiden, kann in der kinematischen Verbindung zwischen der Pendelmuffe und dem Nachgebegetriebe eine der bekannten Vorsteuerungen eingeschaltet werden.

Die neue Steuerungsanordnung kann nicht nur bei Geschwindigkeitsreglern von Kraftmaschinen, sondern ganz allgemein bei indirekten Reglern mit Vorteil angewendet werden,wenn es erwünscht ist, nach dem Eintritt einer Gleichgewichtsstörung ein zunächst möglichst energisches, dann aber bald abklingendes Eingreifen zu erreichen.

Als Nachgebegetriebe können statt des oben als Ausführungsbeispiel angenommenen Reibradgetriebes auch andere gleichwertige Getriebe, z. B. die bekannten, aus einer Verbindung einer Ölbremse mit einer Feder bestehenden Getriebe, angewendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Regler mit Hilfsmaschine für Kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hilfskraftmaschine (d) abgeleiteten Rückführungsbewegung eine zweite, vom Regler (a) abgeleitete und durch ein Nachgebegetriebe (p) hindurchgeleitete Bewegung hinzugefügt wird.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Regler (a) abgeleitete Bewegung durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Nachgebegetriebe (v, -p) hindurchgeleitet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.