DE573195C - Mit Kraftkolben ausgeruestetes Regelventil fuer schnelle Regelbewegungen - Google Patents

Description

Bei den gesteigerten Anforderungen, die man in neuzeitlichen Kraftanlagen'an die Regelung der Kraftmaschine stellen muß, zeigt es sich immer mehr, daß mit den bisher ver-— S fügbaren Regelanordnungen den Betriebsforrungen nicht voll entsprochen wenden kann. Die Regelzeiten sind zu groß, so daß ein starkes Nacheilen der Regelwirkung hinter dem Auftreten der Zustandsänderung zu beobachten ist. Die Ursache hierfür liegt vor allem in Massenwirkungen, und zwar nicht nur der Reglerteile selbst, sondern auch des Druckmittels, das zur Durchführung der Regelbewegungen allgemein verwendet wird. Bei der normalen Regelung eines Ventils mit Hilfssteuerung und Kraftkolben müssen bei einer Verstellung der HilfsSteuerung gegenüber der Steuerhülse Räume mit Drucköl aufgefüllt, d. h. Ölmengen beschleunigt werden, ein Vorgang, der einige Zeit in Anspruch nimmt. Es gibt zwar Vorschläge, um diese Regelzeit zu verkürzen, doch ist die Verkürzung nicht groß genug, um wesentliche Vorteile ,zu verspre-

- chen.

Die Erfindung geht zur Verkürzung der Regelzeiten einen grundsätzlich anderen Weg. Das Regelventil wird nämlich nicht durch eine regelbare Kraft bewegt, sondern, wie es von Schnellschluß ventilen und Schnellöffen^ ventilen her bekannt ist, unter die Wirkung eines Kraftspeichers, etwa einer Feder, gestellt. Im Regelfall wird.der Kraftspeicher ausgelöst und bewegt das Ragelventil mit großer Geschwindigkeit. Unter Anwendung dieser Vorrichtung allein wäre aber eine Regelbewegung nicht durchzuführen.. Denn dann könnte das Ventil keine Zwischenstellung einnehmen, die für jede Regelbewegung erforderlich ist. Es tritt deshalb gemäß der Erfindung zu der Bewegung des Ventils durch den Kraftspeicher eine regelbare Bremsung zur Bestimmung der Größe der Ventilbewegung. Die Regelunigseinrichtunig besteht also darin, daß man das Ventil zunächst einmal der Wirkung einer großen Kraft unterstellt, die eine schlagartige Wirkung;, hervorruft, und daß man erst dann die Größe der Bewegung durch eine Zusatzeinrichtung festlegt.

Die Erfindung sei an Hand der Abbildungen an-einem Sonderbeispiel erläutert, das in der Abb. ι schematisch dargestellt ist. Es handelt sich um die Regelung einer Turbine T zum Antrieb eines Stromerzeugers G. Die Turbine ist in-bekannter Weise mit einem geregelten Ventil C aufgerüstet, das z. B. durch einen Drehzahlregler gesteuert werden kann. In der Frischdampfleitung F ist vor der Turbine ein Schnellabsperrventii.B als Regelventil und in einer Umgehungsleitung· U ein Zusatzventil A ebenfalls als Regelventil angeordnet. Im Normalbetrieb ist das Ventil B geöffnet und das Ventil A geschlossen. Das Ventil C übernimmt daran allein die Regelung der Ma-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

. Dipl.-Ing. Kurt Halle in Berlin-Zehlendorf,.

schine. Bei einem plötzlichen Laststoß wird das Ventil A geöffnet, um Zusatzdampf in die Maschine eintreten zu lassen, bei einer plötzlichen Entlastung dagegen das Ventil A geschlossen, soweit es nicht vorher bereits geschlossen war, und gleichzeitig auch das Ventil B geschlossen, um die der Turbine T zuströmende Dampfmenge zu verringern.

Die Steuerung des Ventils A ist in der >o Abb. 2, die Steuerung des Ventils B in der Abb. 3 daxgestellt. Die Abb. 4 ist eine Zusammenstellungszeichnung der beiden Regelungen, die Abb. 4a eine Ergänzung hierzu, um den Zusammenhang mit der normalen Tur- !5 binenregelung zu zeigen. Die Abb. 5 entspricht der Abb. 4 und zeigt eine Abänderung hiervon, während schließlich die Abb. 6 eine Einzelheit zeigt.

Das Ventil A der Abb. 2 besitzt einen Kraftao speicher 1, der aus einem Zylinder 2, einem Kraftkolben 3 und dessen Belastungsfelder 4 besteht. Das Ventil A ist geschlossen zu denken, so daß sich also der Kraftkolben 3 in seiner obersten Stellung befindet und die Feder 4 zusammendrückt. Das Gestänge ist durch eine Klinke 5 verriegelt, die durch einen Elektromagneten 6 ausgelöst werden kann. Der Raum 7 oberhalb und der Raum 8 unterhalb des Kolbens 3 sind mit Luft angefüllt. Der Raum 8 steht über die Leitung 9 und den Dreiwegehahn 10 mit der ins Freie führenden Ablauf leitung 11 in Verbindung.

Die zur Leitung 9 führende Druckmittelleitung 12 ist über einen Schieber 13 mit der Hülse 14 und dem Steuerstift 15 geführt. Der Steuerstift 15 bestimmt die Größe einer Drosselöffnung 16. Er ist mit einem Wattmetermotor 17 gekuppelt, auf dessen Achse ein Kontakthebel 18 angeordnet ist. Eine Feder 19 hält dem Moment des Wattmeters 17 das Gleichgewicht. Der Wattmetermotor 17 ist in der Weise aufgebaut, daß das von ihm entwickelte Moment in einem bestimmten gesetzmäßigen Zusammenhang zur Belastung des von der zu regelnden Turbine angetriebenen Stromerzeugers steht. 20 ist ein Elektromagnet zur Steuerung des Dreiwegehahns 10. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Solange daß von dem Wattmetermotor 17 entwickelte Moment nicht zur Überwindung der Kraft der Feder 19 aus-reicht, findet kein Eingriff in die Regelung statt. In dem Augenblick jedoch, wo sich der Kontaktheibel 18 nach Durchlaufen des Weg&s.^ gegen den Kontakt 21 legt, wird ein Stromkreis für die Magnetspulen 6 und 22 geschlossen. Die beiden Kerne werden angezogen. Hierbei löst der Kern der Magnetspule 6 die Klinke 5 aus und gibt dadurch den Kraftspeicher, d. h. die Feder 4, frei. Diese bewegt das Ventilgestänge mit großer Kraft und großer Geschwindigkeit abwärts und öffnet dadurch das Ventil A. Gleichzeitig ist aber der Dreiwegehahn 10 durch den Magnetkern umgeschaltet worden, so daß aus der Leitung 12 Drucköl in den Raum 8 einströmt. Es wird dann zwischen dem Kolben 3 und der zugeführten Druckölmenge eine bestimmte Luftmenge eingeschlossen, die bremsend wirkt und den Kolben 3 und damit das Ventil A in einer bestimmten Stellung festhält. Je größer der Ausschlag des Wattmetermotors 17 ist, um so stärker ist die Drosselung des Ölstromes 12, um so· geringer die ölmenge, die in den Raum 8 einströmt, und um so größer die Bewegung des Ventils A. Die Ventilbewegung wird also bei dieser Einrichtung nicht wie sonst üblich durch eine regelbare Druckmittelmenge vorgenommen, die den Bewegungsvorgang des Ventils hervorruft, sondern das Druckmittel dient in diesem Falle umgekehrt zur Abbremsung der Ventilbewegung, die unter der Wirkung des Kraftspeichers verläuft.

Da das im Zylinder 8 eingeschlossene Luftpolster eine Art Feder darstellt, so ist es zweckmäßig, eine Dämpfung vorzusehen, um eine Flatterbewegung zu vermeiden. Diese Dämpfung,' die in «der Abb. 2 schematisch durch den Teil 23 angedeutet ist, ist in der Abb. 6 als Ausführungsbeispiel dargestellt. Der mit dem Ventil A gekuppelte Hebel 24 dient zur Verstellung einer Stange 25, die einen mit Bohrungen 26 versehenen Kolben 27 trägt. Die Bohrungen 26 sind durch Rückschlagklappen 28 abgeschlossen. Sie werden durch eine Feder 29 angedrückt. Der Zylinder 30 ist mit Öl angefüllt, und zwar ist es zweckmäßig, einen ölstrom durch ihn hindurchzuschicken, so daß dauernd ein bestitnmter ölstand sichergestellt ist. Die Räume 31 und 32 beiderseits des Kolbens 27 stehen durch eine Leitung 33 mit einem Sicherheits- oder Rückschlagsventil 34 und einem Drosselventil 35 in Verbindung. Einer Öffnungsbewegung des Ventils A entspricht eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 27. Der Hebel 24 greift bei dieser Bewegung nicht unmittelbar an der Stange 25 an, sondern es ist eine Feder 36 als Dämpfungsvorrichtung zwischengeschaltet.

Die Wirkungsweise dieser Bremse ist folgende: Setzt eine Bewegung des Ventils A ein, so verläuft diese wegen der großen Energie des Kraftspeichers fast schlagartig. Der Schlag soll von der Bremse ferngehalten werden. Es wird daher bei einem Ausschwenken des Hebels 24 im Sinne des Pfeiles zunächst die Fader 36 zusammengedrückt und dann die Stange 25 angehoben. Bei dieser Bewegung werden die Rückschlagklappen 28 abehoben, die Bohrungen 26

also freigegeben, so daß die Bremse in dieser Richtung praktisch keinen Widerstand entgegensetzt. Sie soll nur verhüten, daß das Ventil etwa eine Bewegung im Schließsinne S ausführt. Kehrt sich nämlich die Bewegungsrichtung des Hebels 24 um, so daß die Stange 25 abwärts gedrückt wird, so wenden die Klappen 28 gegen die Bohrungen 26 gedruckt, und jetzt bietet die Bremse einen großen

to Widerstand, dessen Größe durch das Ventil 35 eingestellt wird.

Das Ventil A soll, wie bereits erwähnt, nicht bei jeder Laständerung· verstellt werden, sondern nur bei plötzlichen Laststößen.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung die Kraft der Feder 19 in Abhängigkeit van der jeweiligen Turbinenibelastung verändert, wie es aus der Abb. 4a zu entnehmen ist. Der Endpunkt 36 der Feder 19 ist an der Stange 37 des Ventils C befestigt, das vom Geschwindigkeitsregler 38 gesteuert wird. Wenn die Leistung des Stromerzeugers steigt, so ist der Wattmetermotor 17 bestrebt, die Feder 19 zu spannen oder, wenn es eine Druckfeder ist, zusammenzudrücken. Durch die Kupplung der Feder mit dem normalen Reglergestänge kann man nun erreichen, daß die Federspannung in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung jeweils so verändert wird, daß sich die Lage des Ankers des Wattmetermotors 17 nicht ändert. Es wird also der Ansprechbereich. dieser Regelvorrichtung in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung verlegt, so daß die Schnellregelung von jedem Belastungsbereich aus einsetzen kann.

Die regelbare Bremsung der Ventilbewegung ermöglicht in einfacher Weise auch die Erzielung einer rückläufigen Ventilbewegung. Das Ventil^ soll ja nicht dauernd die Regelung der Maschine übernehmen, sondern es soll zunächst den Belastungisetoß abfangen, damit die normale Regelung Zeit zur Ausregelung der Belastungsänderung hat. Das Ventil A soll also wieder, geschlossen werden, wenn das Ventil C die Regelung der Maschine übernommen -hat. Nun wird über die Leitungen 12 und 9 Drucköl in den Raum 8 eingeführt. Dieses Drucköl belastet den Kolbens ^un'd schiebt ihn wieder aufwärts, schließt also das Ventil A. Wenn es seine oberste Stellung wieder erreicht hat, so wird die Klinke 5 wieder eingelegt und durch einen Kontakt 39 die Spule 40 erregt, so daß der Dreiwegehahn 10 wieder umgeschaltet und der Druckölstrom abgeschaltet wird. Die Rücklaufgeschwindigkeit kann man entweder durch die oben behandelte Ölbremse (Abb. 6) oder durch ein Drosselventil 41 einstellen, dem ein Rückschlagventil 42 vorgeschaltet ist. In gleicher Weise kann man die Abwärtsbewegung des Kolbens 3 verändern, indem man durch ein Drosselventil 43, dem ein Rückschlagventil 44 nachgeschaltet ist, die in den Raum 7 einzusaugende Luftmenge bestimmt.

Für das Ventil B, also für den Entlastungs-Vorgang, ist grundsätzlich der gleiche Aufbau gewählt (Abb. 3). Bei der Steuerung dieses Ventils kommt aber noch etwas anderes hinzu. Das Ventil muß nämlich auch bei kleinen Lasten wirken können. Es ist normalerweiser voll geöffnet. Wenn nun z.B. bei Halblast, bei der also das Ventil C teilweise geschlossen ist, eine plötzliche Entlastung eintritt und das Ventil B zu schließen beginnt, so hat diese Schließbewegung zunächst noch ga'r keinen Einfluß, da ja an sich schon eine verringerte Dampfmenge in die Maschine einströmt. Das Ventil muß also einen großen Weg durchlaufen, ehe überhaupt eine merkbare Wirkung eintritt. Für die Regelung bedeutet das, daß nur wenig Druckmittel als Bremsmittel in den Bremszylinder eintreten darf. Um die Drosselung des Druckölstromes, welche die Größe des Ventilwegeis bestimmt, dem jeweiligen Belastungszustand der Turbine anpassen zu können, ist bei dieser Auisführungsform die Hülse 45 der Drosselvorrichtung nicht fest, sondern mit einem Teil der normalen Turbinenregelung verbunden, um den Regelbereich des Vorabsperrventils selbsttätig der go augenblicklichen Turibinenbelastunig anzupassen (vgl. Abb. 4a). Im übrigen ist auch hier wieder die Beeinfluissung der Kraft der Gegenfeder 19' von der Turbinenleistang aus vorgesehen. Die Beziugszeicben sind die gleichen wie in Abb. 2. Sie sind jedoch zur Unterscheidung mit dem Indexstrich, versehen.

Andererseits kann es auch bei dem Belastungsregler A erforderlich werden, daß Maß der Ventilöffnung abhängig von der jeweiligen Ausgangsleistung der Turbine zu verändern, mit Rücksicht auf die verschiedenen Druckoder Füllverhältnisse der Turbine. Für diesen Belastungsregler A wäre es jedoch falsch, die Beeinflussung seitens der Turbinenleistung ebenfalls, wie in vorstehendem Absatz für den Entlastungsregler B erläutert, auf die Hülse der Drosselvorrichtung zu legen. Vielmehr ist es in diesem Falle zweckmäßiger, d&s Übersetzungsverhältnis α zwischen Wattmetermotorausschlag und Steuerkolbenweg entsprechend der Turbinenleistung zu verändern. Um die Zeichnungen nicht unnütz verwickelt zu machen, ist jedoch die Art und Weise dieser Beeinflussung des Übersetzungs-Verhältnisses α nicht zur Darstellung gebracht, zumal eine solche nicht immer unbedingt erforderlich ist.

In der Abb. 4 ist eine Zusammenstellung der Regelung dargestellt, wobei beide Ventile iao durch einem gemeinsamen Wattmetermotor verstellt werden.

Bei den bisherigen Ausführungsformen des Reglers wurde angenommen, daß die Ölleitungen, 12 abgesperrt sind. Das kann dazu führen, daß zu Beginn des Regelvorganges noch bestimmte Ölmengen beschleunigt werden müssen, was eine Verzögerung hervorrufen könnte. Die Abb. 5 zeigt die Abänderung der Einrichtung zur Verwendung von strömendem Öl. Die Leitungen. 12, 12' führen über einen Vierwegehahn 46, 46' mit einer Abflußleitung 47, 47', so daß in der Leitung bereits eine Ölstömung vorhanden ist. Die Vierwegehähne 46, 46' werden umgeschaltet, wie es im Zusammenhang mit der Abb. 2 erläutert wurde. Wenn nun eines der beiden Regelventile in Bewegung gesetzt wird, so würde ihm zunächst nur, da sich der Ölstrom auf zwei Ventile verteilt, die halbe Druckmittelmenge zur Verfugung stehen. Um mit einer kleineren Ölpumpe auskommen zu können, ist deshalb in die Abflußleitung 47 ein Ventil 48 eingeschaltet, das durch einen Elektromagneten 49 gesteuert wird. In dem Augenblick, wo eines der beiden Ventile anspricht, wird durch den Elektromagneten 49 des anderen Ventils dessen Ölabflußleitung abgesperrt, so daß dem zu regelnden Ventil die gesamte ölmenge zufließt.

Claims (20)

1. Patentansprüche:

   i. Mit Kraftkolben ausgerüstetes Regelventil mit Kraftspeicher und einer diesem entgegenwirkenden Gegenkraft für schnelle Regelbewegungen, insbesondere für Turbinen zum Antrieb von Stromerzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbewegung durch eine Steuerung des auf den Kraftkolben des Ventils wirkenden Kraft-Speichers unabhängig von der ebenfalls auf den Kraftkolben wirkenden Gegen=- kraft eingeleitet und durch Regelung der Gegenkraft zur Bestimmung der Größe der Ventillbewegung gebremst wird.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur regelbaren Bremsung eine Steuereinrichtung für ein Druckmittel enthält, das während der Ventilbewegung in regelbarer Menge als Gegenkraft gegen den Kraftspeicher zugeführt wird.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben des Ventils in einem luftgefüllten Zylinder gleitet, dessen Füllung mit dem Druckmittel während der Ventilbewegung geregelt wird, so daß sich der Verdichtungsraum der Luft ändert.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für das Druckmittel die

   Zufuhr des Druckmittels auch nach durchgeführter Ventilbewegung aufrechterhält, so daß das Druckmittel anschließend eine rückläufige Bewegung des geregelten Ventils hervorruft.
5. 5. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für zusätzliche Bremsung oder Dämpfung zur. Verhinderung· von Flatterbewegungen des Regelorgans.
6. 6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Dämpfungis- oder Bremsvorrichtung nur entgegengesetzt der Regelrichtung wirkt.
7. 7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsoder Dämpfungsvorrichtung ihrerseits über ein Dämpfungsglied mit dem abzubremsenden Teil des Reglergestänges ver- '80 bunden ist, um eine weiche Einstellung der Bremseinrichtung in der einen oder ande-

   - ren Richtung herbeizuführen.
8. 8. Ventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet -durch eine Regelvorrichtung zur Beeinfhissung der Rücklaufgeschwindigkeit des Regelorgane.
9. 9. Ventil nach Anspruch 5 und' 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung, z. B. einerseits wirkende Ölbremse, die zur Verhinderung von Flatterbewegungen des Regelorgans dient, gleichzeitig die Rücklaufgeschwindigkeit des Regelorigans beeinflußt.
10. 10. Ventil nach Anspruch 8 mit einem Kraftkolben für das Regelventil, der in einem luftgefüllten Zylinder gleitet, dem ein Druckmittel zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Druckmittelzufuhrseite abgekehrten Seite des Zylinders ein Drosselventil vorgesehen ist, durch das die vom rücklaufenden Kolben auszuschiebende Luftmenge bestimmt werden kann.
11. 11. Ventil nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Drosselvorrichtung, welche die nach Freigabe dies Kraftkolbens in den Zylinder einzusaugende Luftmenge zu regeln gestattet.
12. 12. Ventil nach Anspruch 1 für Überlast- oder Vorabsperregelventile von Turbinen zum Antrieb von Stromerzeugern und ähnlichen Maschinensätzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls für die Freigabe des Kraftspeichers von der BeIastung des Maschinensatzes (Leistungsabgabe des Stromerzeugers) mittels elektrischer Vorrichtungen und Leitungen abgenommen wird.
13. 13. Ventil nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Regelventils ein Wattmetermotor dient,

    der gegen eine einstellbare Gegenkraft arbeitet.
14. 14. Ventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wattmetermotor eine elektrische Kontakteinrichtung zur Steuerung eines Entriegelungsstromkreises für den Kraftspeicher des Regelventils und für die Zufuhr des Druckmittels gekuppelt ist.

    to
15. 15. Ventil nach einem der Ansprüche 12

    bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft des Wattmetermotors in Abhängigkeit von der normalen Turbinensteuerung oder Leistung mittels mechanischer oder hydraulischer Übertragung geändert wird.
16. 16. Ventil nach einem der Ansprüche I bis 3 für die Regelung eines als Vorabsperrventil wi rkenden Regel ventils, dadurch

    ao gekennzeichnet, daß die die Weggröße des Regelventils bestimmende, die Bremsung regelnde Druckmitteknenge mittels der Steuereinrichtung für das Druckmittel jeweils in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung auf einen Grundwert eingestellt wird, der den Ansprechbereich des Regelventils der jeweiligen Turbinenbelastung anpaßt.
17. 17. Ventil nach Anspruch 16 mit einer aus Steuerschieber und Steuerhülse bestehenden Drosselvorrichtung für das Druckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Durchströmöffnung des Druckmittels auch durch Verschieben der Steuerhülse bestimmt wird, die mit einem die Turbinenbelastung anzeigenden Maschinenteil, z. B. der Steuerung, gekuppelt ist.
18. 18. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für die Regelung eines ähnlich einem Überlastventil wirkenden Riegelventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des die Steuereinrichtung des Bretnsdruckmittele einstellenden Taktgebers, z. B. Wattmetermotors, durch ein' Gestänge abhängig von der Turbinenleistung verändert wird.
19. 19. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Reigelzeit ständig strömende Druckmittel am aufzufüllenden Kraftspeicher durch eine Umgehungsleitung vorbeigeführt wind.
20. 20. Ventil nach Anspruch 19 für zwei Ventile, von denen das eine als Regelventil für Zusatzdampf, 'das andere als Vorabsperregelventil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelbewegung eines dieser beiden Ventile der ständig strömende Ölstrom des anderen Ventils durch die Steuereinrichtung des Druckmittels abgesperrt wind, so daß dem ersten Ventil die gesamte Druckmitteltmenge zugeführt wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    BERLIN. GEDHUCIiT IN DER