DE549649C

DE549649C - Steam turbine to drive alternating current generators for the purpose of signal transmission with coordinated circuits

Info

Publication number: DE549649C
Application number: DEL74640D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Karl Schmidt
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG; C Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG; C Lorenz AG
Priority date: 1929-03-27
Filing date: 1929-03-27
Publication date: 1932-04-29

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 29. APRIL 1932ISSUED ON April 29, 1932

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 14 c GRUPPECLASS 14c GROUP

L746401I14CL746401I14C

C. Lorenz Akt.-Ges. in Berlin-Tempelhof*)C. Lorenz Akt.-Ges. in Berlin-Tempelhof *)

mit abgestimmten Kreisenwith coordinated circles

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. März icpo, abPatented in the German Empire from March 27th icpo, ab

Es ist bereits bekannt, auf fahrenden Zügen z. B. die für die Beleuchtungszwecke erforderlichen Ströme mittels einer Dampfturbine zu erzeugen. Die Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit dieser Einrichtung wurde bisher durch einen Fliehkraftdüsenregler bewirkt, der jedoch infolge seiner geringen Abmessungen an den Eintrittsstellen des Dampfes empfindlich ist und durch irgendwelche Unreinigkeiten, wie Ölansatz, Wassertropfer], im zugeführten Dampf leicht verstopft wird. Hierdurch wird ein plötzliches Abfallen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Dampfturbine und infolgedessen auch ein Abfall der erzeugten Spannung, besonders aber der Frequenz, verursacht. Letztere Erscheinung ist zwar bei Verwendung der Dampfturbine zur Erzeugung des Lichtstromes ohne wesentliche Bedeutung, sie wird jedoch unangenehm, wenn die Dampfturbine, wie in letzter Zeit vorgeschlagen wurde, gleichzeitig dazu verwendet wird, die für die Zwecke der Signalgebung mit abgestimmten Kreisen benötigten Wechselströme zu erzeugen. In diesem Falle muß auf eine unbedingte Aufrechterhaltung der Frequenz des Wechselstromes geachtet werden, da bei der geringsten Änderung der Resonanzfrequenz durch die obenerwähnten Mängel in der Regelung ein ungewolltes Anhalten des Zuges auf freier Strecke stattfinden könnte.It is already known to use z. B. those required for lighting purposes Generate currents by means of a steam turbine. The regulation of the speed of rotation this device was previously caused by a centrifugal nozzle regulator, but due to its low Dimensions at the entry points of the steam is sensitive and by any Impurities such as oil deposits, water droplets], easily clogged in the supplied steam will. This causes a sudden drop in the speed of rotation of the steam turbine, and consequently also a Drop in the generated voltage, but especially the frequency. The latter phenomenon is of no essential importance when using the steam turbine to generate the luminous flux, it will however uncomfortable when the steam turbine, as has been suggested recently, at the same time is used for the purpose of signaling with coordinated Circles needed to generate alternating currents. In this case an unconditional Care must be taken to maintain the frequency of the alternating current, since the slightest change in the resonance frequency Due to the above-mentioned deficiencies in the regulation, an unintentional stop of the train on the open track could take place.

Gemäß der Erfindung soll die Regelung der Drehzahl der Dampfturbine nicht mehr durch Steuerung der Dampfzufuhr mittels des obenerwähnten Fliehkraftdüsenreglers erfolgen, sondern es soll mit der Turbine eine Wirbelstrombremse gekuppelt werden, die ihrerseits von einem Fliehkraftkontaktregler gesteuert wird. Die Wirbelstrombremse nimmt dabei stets so viel Leistung auf, als erforderlich ist, um in Verbindung mit den angetriebenen Maschinen die Dampfturbine derart zu belasten, daß deren Drehzahl immer dieselbe bleibt. Da der Fliehkraftkontaktregler die Drehzahl der Turbine ununterbrochen tirrill- +S artig abtastet und bei jeder kleinsten Änderung der Drehzahl augenblicklich eine entsprechende Verstellung der Bremswirkung der Wirbelstrombremse bewirkt, können Drehzahländerungen, wie sie beispielsweise durch Belastungsschwankungen der mit der Turbine gekuppelten Maschine oder durch Änderungen in der Dampfzufuhr verursacht werden könnten, praktisch überhaupt nicht auftreten.According to the invention, the regulation of the speed of the steam turbine should no longer go through The steam supply is controlled by means of the above-mentioned centrifugal nozzle regulator, instead, an eddy current brake is to be coupled to the turbine, which in turn is controlled by a centrifugal contact regulator. The eddy current brake takes it always as much power as is required in connection with the driven Machines to load the steam turbine in such a way that their speed is always the same remain. Since the centrifugal contact controller keeps the turbine speed continuously tirrill- + S like scans and instantly a corresponding one with every slightest change in speed Adjustment of the braking effect of the eddy current brake causes speed changes, for example, as a result of fluctuations in the load on the machine coupled to the turbine or as a result of changes in the steam supply, practically not occur at all.

Um die Größe der verwendeten W^rirbelstrombremse auf ein möglichst geringes MaB zu· beschränken, ist es erwünscht, daß der die Umdrehungszahl der Dampfturbine bedin-The size of the W ^r used irbelstrombremse to the lowest possible MaB to · limit, it is desirable that the uncondi- the rotational speed of the steam turbine

*) Von dem Patentsitcher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patentsitcher has given as the inventor:

Dr.-Ing. e. h. Karl Schmidt in Berlin-Lichtenrade.Dr.-Ing. e. H. Karl Schmidt in Berlin-Lichtenrade.

gende Dampfdruck möglichst gleichbleibend gehalten wird, damit die Wirbelstrombremse nur innerhalb eines geringen Regelbereiches zu arbeiten hat. Es wird daher gemäß S der weiteren Erfindung vorgeschlagen, den die Dampfturbine antreibenden Dampfdruck durch einen an sich bekannten, wenig empfindlichen Dampfdruckregler, z.B. ein Drosselventil, annähernd gleichbleibend zu halten. to Die verhältnismäßig geringen Schwankungen des Dampfdruckes, welche nicht durch diesen Regler beseitigt werden, können in ihrer Auswirkung auf die Umdrehungsgeschwindigkeit nun durch eine verhältnismäßig kleine Wirbelstrombremse gemäß der obenerwähnten Erfindung behoben werden.Low vapor pressure is kept as constant as possible, so that the eddy current brake only has to work within a small control range. It is therefore according to S of the further invention proposed the steam pressure driving the steam turbine by a well-known, less sensitive steam pressure regulator, e.g. a throttle valve, to keep approximately the same. to the relatively small fluctuations of the vapor pressure, which cannot be eliminated by this regulator, can be used in their The effect on the speed of rotation is now relatively small Eddy current brake can be eliminated according to the above-mentioned invention.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, zur Verwertung der Abfallenergie einer Wasserkraftanlage mit der Wasserturbine zo eine Wirbelstrombremse zu kuppeln und die in dieser erzeugte Wärme zur Warmwasseroder Dampfbereitung auszunutzen. Die Leistung der Wirbelstrombremse soll dabei von Hand eingeregelt werden. Mit einer solchen Vorrichtung ist es aber unmöglich, eine derartige gleichbleibende Drehzahl zu erhalten, wie sie zum Antrieb von Wechselstromerzeugern für die Zwecke der induktiven Signalübertragung mit abgestimmten Kreisen notwendig ist. Die Regelungsgenauigkeit würde auch dann nicht ausreichen, wenn die Wirbelstrombremse durch einen normalen Fliehkraftschalter gesteuert werden würde, denn die Drehzahl des Erzeugers für die Signalfrequenz muß auf etwa ¹Z₁₀₀ °/₀ gleichbleibend gehalten werden. Diese Aufgabe kann vielmehr nur ein nach dem Tirrillprinzip arbeitender Fliehkraftkontaktregler in Verbindung· mit einer Wirbelstrombremse erfüllen. It has already been proposed to use the waste energy of a hydropower plant to couple an eddy current brake to the water turbine and to use the heat generated in this for hot water or steam preparation. The output of the eddy current brake should be adjusted by hand. With such a device, however, it is impossible to obtain such a constant speed as is necessary to drive alternating current generators for the purpose of inductive signal transmission with tuned circuits. The control accuracy would not be sufficient even if the eddy current brake were controlled by a normal centrifugal switch, because the speed of the generator for the signal frequency must be kept constant ^{at about 1} Z ₁₀₀ ° / _0. Rather, this task can only be fulfilled by a centrifugal contact controller operating according to the Tirrill principle in conjunction with an eddy current brake.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt. Es bedeutet DT eine Dampfturbine, deren Dampfdruck durch einen der bekannten Dampfdruckregler, z. B. Drosselventil Dr, gleichbleibend gehalten wird. Auf der gleichen Welle mit der Dampfturbine sitzt der Gleichstromanker des Stromerzeugers G mit dem Kollektor K, auf dem die Bürsten B_x und B₂ schleifen. In Selbsterregerschaltung, also parallel zu den Bürsten, liegt die Gleichstromerregerwicklung E der Maschine. Mit W ist die in den Polschuhen der Maschinen untergebrachte Mittelfrequenzwindung, von der der Mittel frequenzstrom für die Signalzwecke entnommen wird, bezeichnet. Mit der Bürste B₁ ist der Schleifring 5¹J des Fliehkraftkontaktreglers Z verbunden, der seinerseits mit dem Kontakt 2 des Reglers in Verbindung steht und über den auf der Reglerscheibe angeordneten Widerstand R mit dem Schleifring S₂ in leitender Verbindung steht, der den Stromkreis über die Erregerwicklung We der Wirbelstrombremse WB, welche ebenfalls mit der Dampfturbine gekuppelt ist, zur Bürste B₂ des Kollektors K schließt. Im normalen Betriebszustand werden" die Kontakte 1 und 2 des Reglers bei jeder Umdrehung der mit der Dampfturbine DT gekuppelten Welle einmal geschlossen und geöffnet und dadurch einmal der im Erregerkreis der Wirbelstrombremse WB liegende Widerstand R kurzgeschlossen, das andere Mal geöffnet. Da sich die durch das periodische Einschalten des Widerstandes R an der Erregerwicklung der Wirbelstrombremse liegende Spannung in äußerst kurzen Zeitabschnitten ändert, bewirkt die Wirbelstrombremse eine gleichbleibende Abbremsung der Turbinenwelle mit einer Bremsleistung, welche der an der Erregerwicklung We der Wirbelstrombremse liegenden mittleren Spannung entspricht. Bleibt die Drehzahl der Dampfturbine gleich, so ändern sich auch die Kontaktöffnungs- und -schließungszeiten des Drehzahlreglers nicht, und die Bremswirkung der Wirbelstrombremse bleibt ebenfalls dauernd dieselbe. Tritt nun aber beispielsweise eine kleine Erhöhung der Turbinendrehzahl ein, so bleibt der Reglerwiderstand R während jeder Umdrehung längere Zeit kurzgeschlossen, und die Folge ist, daß sich die mittlere, an der Erregerwicklung We der Wirbelstrombremse liegende Spannung um einen entsprechenden Wert erhöht. Dadurch tritt eine stärkere Bremswirkung der Wirbelstrombremse auf, durch welche die Turbinendrehzahl sofort wieder auf das normale Maß gebracht .wird. Irgendwelche Trägheitserscheinungen des Feldes der \¥irbelstrombremse können infolge der tirrillartigen Wirkung des Reglers nicht auftreten, so daß sich jede Veränderung der Kontaktschließungsdauer des Reglers augenblicklich auf die Bremswirkung der Wirbelstrombremse auswirkt. Im umgekehrten Falle, d. h. wenn die Turbinendrehzahl infolge einer Belastungszunahme des Stromerzeugers G etwas sinkt, wird die Kontaktschließungsdauer des Reglers Z kürzer, d. h. der Reglerwiderstand R ist kürzere Zeit kurzgeschlossen. Dies hat zur Folge, daß das Feld der Wirbelstrombremse um einen der Kontaktschließungsdauer des Reglers entsprechenden Betrag verringert wird und daher die Wirbelstrombremse die Turbinenwelle weniger abbremst. In diesem Falle steigt die Drehzahl der Turbine wieder, bis der Fliehkraftkontaktregler Z in seinem günstigsten Regelbereich arbeitet, d. h. bis die Kontaktöffnungs- oder -schließungszeiten einander annähernd gleich sind und die Dampfturbine mit der Solldrehzahl läuft.In the figure, an embodiment of the device according to the invention is shown schematically. It means DT a steam turbine whose steam pressure is controlled by one of the known steam pressure regulators, e.g. B. throttle valve Dr, is kept constant. The DC armature of the generator G with the collector K, on which the brushes B _x and B ₂ slide, sits on the same shaft as the steam turbine. The DC excitation winding E of the machine is in a self-excitation circuit, i.e. parallel to the brushes. The center frequency winding housed in the pole pieces of the machines, from which the center frequency current is taken for signaling purposes, is denoted by W. With the brush B ₁ , the slip ring 5 ¹ J of the centrifugal contact regulator Z is connected, which in turn is in connection with the contact 2 of the regulator and is in a conductive connection via the resistor R arranged on the regulator disc with the slip ring S ₂ , which over the circuit the excitation winding We of the eddy current brake WB, which is also coupled to the steam turbine, closes to the brush B _{2 of} the collector K. In the normal operating state, "contacts 1 and 2 of the controller are closed and opened once with each revolution of the shaft coupled to the steam turbine DT , and as a result, the resistor R in the exciter circuit of the eddy current brake WB is short-circuited once and opened the other time periodic switching on of the resistor R changes the voltage on the excitation winding of the eddy current brake in extremely short periods of time, the eddy current brake causes a constant braking of the turbine shaft with a braking power which corresponds to the average voltage on the excitation winding We of the eddy current brake. If the speed of the steam turbine remains the same, so also the contact opening change and not -schließungszeiten the speed controller, and the braking effect of the eddy current brake also remains permanently the same. If now for example, but a small increase in the turbine speed one, remains the regulator resistor R During d each revolution short-circuited for a longer time, and the result is that the mean voltage applied to the excitation winding We of the eddy current brake increases by a corresponding value. This results in a stronger braking effect of the eddy current brake, through which the turbine speed is immediately brought back to normal. Any inertia phenomena in the field of the eddy current brake cannot occur due to the turbulent action of the controller, so that every change in the contact closure duration of the controller has an immediate effect on the braking effect of the eddy current brake. In the opposite case, ie if the turbine speed drops slightly as a result of an increase in the load on the power generator G , the contact closure duration of the controller Z is shorter, ie the controller resistor R is short-circuited for a shorter time. This has the consequence that the field of the eddy current brake is reduced by an amount corresponding to the contact closure duration of the controller and therefore the eddy current brake brakes the turbine shaft less. In this case, the speed of the turbine increases again until the centrifugal contact controller Z works in its most favorable control range, ie until the contact opening or closing times are approximately the same and the steam turbine is running at the set speed.

Durch die beschriebene Einrichtung ist demnach eine äußerst genaue Aufrechterhaltung der Turbinendrehzahl oder der Frequenz des im Stromerzeuger Gerzeugten Mittelfrequenzstromes gewahrleistet und eine tirrillartige Schnellregelung der Drehzahl von Dampfturbinen geschaffen.The device described is therefore extremely accurate maintenance the turbine speed or the frequency of the medium-frequency current generated in the power generator and a tirrill-like rapid control of the speed of steam turbines created.

Claims

Patent claims:

ίο i. Steam turbine to drive

Alternators for the purpose of signal transmission with matched Circles, characterized in that the speed of the steam turbine is controlled by means of a centrifugal contact regulator Eddy current brake is regulated.

2. Steam turbine according to claim 1, characterized characterized in that the turbine speed through to support the effect of the centrifugal contact controller Regulation of the steam supply by means of a type of control known per se, e.g. B. Throttle control, almost constant is held.

1 sheet of drawings