DE582436C - Einrichtung zum schnellen Regeln von Kraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN Al
15. AUGUST 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M582436 KLASSE 14 c GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. März 1931 ab

Die Zeit, die zwischen einer Laständerung und der Anpassung der Turbinenleistung an den neuen Gleichgewichtszustand durch Änderung der Dampfzufuhr vergeht, ist bestimmt durch die Ansprechzeit der Regelung und durch die Regelgeschwindigkeit. Unter Ansprechzeit versteht man dabei den Zeitraum zwischen dem Einsetzen der Laständerung und dem Beginn des Regelvorganges.

Es hat sich gezeigt, daß der Ansprechzeit insofern eine große Bedeutung beikommt, als bei ganz bestimmten Werten dieser Größe Resonanzerscheinungen auftreten, die zu Pendelungen und Schwingungen führen. Im allgemeinen wird man bestrebt sein, die Ansprechzeit so klein als möglich zu halten, um die Kraftzufuhr zur Turbine so schnell als möglich dem neuen Gleichgewichtszustand. . anzupassen. Bei den heutigen Reglerbauarten ist jedoch eine wesentliche Verkürzung der Ansprechzeit nicht zu erwarten. Aber auch die Regelgeschwindigkeit selbst läßt sich mit den bisher bekannten Mitteln nicht wesentlich herabsetzen. Bei jedem Regelvorgang sind unter Verwendung der bisher üblichen Reglerbauarten bestimmte Trägheitswerte zu überwinden. Arbeitet die Steuerung des Reglerventils z. B. hydraulisch, so muß das Öl in den Steuerleitungen beschleunigt, der Kraftzylinder aufgefüllt und die Masse des Kraftkolbens zusammen mit der Ventilmasse beschleunigt werden. Die Vergrößerung der Ölkräfte zur Verringerung der Beschleunigungszeit führt zu baulichen Schwierigkeiten, so daß dieser Weg praktisch nicht gangbar ist. Bei elektrisch verstellten Regelventilen treten ebenfalls Verzögerungen auf, und zwar nicht nur durch die Massenbeschleunigungen, sondern auch durch die magnetische Trägheit der elektrischen Einrichtung. Trotzdem muß danach gestrebt werden, die Ansprechzeit wesentlich zu verkürzen und die Regelgeschwindigkeit wesentlich zu erhöhen, wenn, vor allem beim Parallelarbeiten mehrerer Maschinen, eine einwandfreie Lastübernahme bei Lastwechsel sichergestellt werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die vorliegende Erfindung einen neuen Weg. Es· werden alle Regelglieder, die eine Verzögerung des Regelvorganges verursachen, ausgeschieden, und gemäß der Erfindung wird die Kraftzufuhr zur Maschine z. B-. mittels Übersetzungsgetriebe und Schieber, jedoch ohne Zwischenschaltung eines Reglergetriebes unmittelbar in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Umlaufgeschwindigkeit gesteuert. Die Maschine verstellt also gewissermaßen an Hand einer Vergleichsmessung selbst ihre Dampfzufuhr, ohne daß zwischengeschaltete Regler-

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

Dipl.-Ing. Gustav Köhler in Berlin-Halensee.

getriebe verzögernd auf den Regelvorgang einwirken könnten. Es zeigt sich, daß bei Anwendung dieser Regelart die Ansprechzeiten und. Regelgeschwindigkeiten Werte annehmen, die nur einen geringen Bruchteil aller bisherigen Reglerbauarten betragen. Von besonderem Wert ist dabei, daß bei der neuen Reglerbauart die Rückführung in Fortfall kommen kann, da eine Art Selbstregelung eintritt. Es werden also auch alle Verzögerungen ausgeschieden, die sich bei den bisherigen Reglern durch die Rückführung ergaben, und die besonders hoch waren,- wenn keine starre, sondern eine isodrome Rückführung verwendet wurde.

In den Abbildungen ist an einem Beispiel gezeigt, in welcher Weise sich die unmittelbare Steuerung der Dampfzufuhr zu einer Turbine an Hand eines Vergleiches zwischen Sollwert und Istwert der Umlaufgeschwindigkeit durchführen läßt. Die Abb. 1 zeigt eine Seitenansicht der Turbine mit dem neuen Regler, Abb. 2 eine Aufsicht, Abb. 3 eine Seitenansicht und Abb. 4 einen Schnitt durch das Reglergetriebe. Von der Turbinenwelle wird über ein Getriebe 1 ein Kegelrad 2 angetrieben, mit dem ein Kegelrad 3 zum Antrieb einer Welle 4 in Eingriff steht. Die Welle 4 trägt einen Zylinder 5 mit Steuerschlitzen 6. Es ist dabei angenommen, daß es sich um eine Turbine mit Düsenregelung handele (Düsengruppen I, II, III) und mit zwei getrennten Dampfzuführungen IV und V. Entsprechend der Zahl der Düsengruppen weist der Schieber 5 drei Gruppen von Steuerschlitzen 6 auf, die gegeneinander versetzt zu denken sind. Der durch die Leitungen IV und V in den Ringkanal 7 eingetretene Dampf gelangt durch Schlitze 8 in das Innere des Zylinders 5· Innerhalb dieses Zylinders liegen drei Drehschieber 9, die von einer Welle 10 getragen werden. Diese Welle wird über ein Getriebe 11 von einem Motor 12 angetrieben, und zwar mit gleichbleibender Geschwindigkeit, welche der Sollgeschwindigkeit der Maschine entspricht. Zur Gleichhaltung der Drehzahl der Welle 10 ist angenommen, daß der Motor 12 aus einer Batterie 13 über einen Regelwiderstand 14 Strom erhält, wobei die Größe des Widerstandes 14 selbsttätig durch einen Frequenzmesser 15 eingestellt wird, der seinen Strom über Schleifringe 16 aus der angezapften Wicklung des Motors 12 erhält. Sollten zufällige Änderungen in der Drehzahl des Motors 12 eintreten, so werden diese sofort selbsttätig durch Beeinflussung des Widerstandes 14 vom Frequenzmesser 15 aus ausgeglichen. Im übrigen könnte zur Gleichhaltung des Antriebes auch eine andere Vorrichtung verwendet werden, etwa ein Getriebe nach Art eines Uhrwerkes, dessen Umlaufgeschwindigkeit durch ein Pendel gleichbleibend gehalten wird.

Die Drehschieber 9 besitzen Steuerschlitze 17, die den Steuerschlitzen 6 entsprechen. Die Wellen 4 und 10 laufen im gleichen Sinne um.

Geht man von einem bestimmten Gleichgesichtszustand aus, so befinden sich die Schlitze 6 und die Schlitze 17 in einer Lage zueinander, in der ein bestimmter D-urdhitrittsquerschnitt für den Dampf vorhanden ist. Wird jetzt die Belastung der Maschine erhöht, so wirkt sich die höhere Belastung in einem Drehzahlabfall der Turbine aus. Infolgedessen wird der Drehschieber S gegenüber dem Drehschieber 9 etwas zurückbleiben. Diese Bewegung zwischen den beiden Schiebern bewirkt eine Vergrößerung der Überdeckung der Steuerschlitze 6 und 17, also eine Vergrößerung der Dampfzufuhr zur Turbine. Diese Vergrößerung tritt nun, was ausschlaggebend für die neue Anordnung ist, sofort mit der Lastzunahme ein. Es braucht also keine Reglermasse, kein Drucköl und kein Kraftkolben beschleunigt zu werden, noch tritt durch eine Rückführung eine weitere Verzögerung des Regelvorganges ein. Vielmehr ist es die unterschiedliche Bewegung zwischen den beiden Schiebern, welche go sofort auf die Dampfzufuhr einwirkt. Es ist also mit dieser Anordnung möglich, den schnellsten Laständerungen unmittelbar nachzukommen. Tritt eine Entlastung der Maschine ein, so hat die Welle 4 das Bestreben, gegenüber der Welle 10 vorzueilen, wodurch die Überdeckung der Schlitze verkleinert und die Dampfzufuhr zur Maschine verringert wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum schnellen Regeln von Kraftmaschinen, insbesondere Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfzufuhr zur Maschine z. B. mittels Übersetzungsgetriebe und Schieber, jedoch ohne Zwischenschaltung eines Reglergetriebes unmittelbar in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Umlaufgeschwindigkeit gesteuert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Umlaufgeschwindigkeit durch ein Getriebe gleichbleibender Drehzahl bestimmt ist, mit dessen Drehzahl diejenige der Kraftmaschine verglichen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung der Dampfeinlaßkanäle der Maschine durch ein Differentialgetriebe bestimmt ist, das im - einen Teil durch die zu

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regelnde Kraftmaschine, im anderen Teil durch das Getriebe gleichbleibender Drehzahl angetrieben wird, so daß bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert eine Zusatzbewegung entsteht, welche die Größe der Einlaßkanäle verändert.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Dampfzufuhr zur Maschine zwei konzentrische, mit Steuerschlitzen versehene Schieber dienen, von denen der eine mit der zu regelnden Maschine, der andere mit dem Getriebe gleichbleibender Drehzahl gekuppelt ist, die im gleichen Sinne in der Weise umlaufen, daß bei Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Schiebern die Größe der durch die Schlitze bestimmten Einlaßöffnung des Kraftmittels geändert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schieber mit einer gegenüber der Maschiniendrehzahl verringerten Drehzahl umlaufen.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5 für Kraftmaschinen mit gestaffelter Treibmittelzufuhr, insbesondere für Turbinen mit Düsenregelung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schieber mit gegeneinander versetzten Reihen von Steuerschlitzen versehen sind, die je nach der Größe der Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Umlaufgeschwindigkeit miteinander zur Deckung kommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen