DE585948C

DE585948C - Device for automatic influencing of automatic controllers

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Publication number: DE585948C
Application number: DET37167D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-11-18
Filing date: 1927-11-18
Publication date: 1933-10-13

Description

Selbsttätige Regler aller Art, z. B. Drehzahlregler für Dampfmaschinen oder Dampfdruckregler für Dampfkessel, endlich die elektrischen Spannungsregler arbeiten im all-S gemeinen dann befriedigend, wenn die Trägheit der geregelten Größe oder mit anderen Worten die Verschleppung, mit welcher einer Verstellung der Regelglieder die geregelte Größe nachfolgt, nicht allzu große WerteAutomatic regulators of all kinds, e.g. B. Speed controller for steam engines or steam pressure regulators for steam boilers, finally the electrical voltage regulators work in the all-S mean then satisfactory when the indolence of the regulated size or with others Words the procrastination with which an adjustment of the regulating elements the regulated Greatness follows, not too great values

to erreicht.to achieved.

Bei Kraftmaschinenreglern läßt sich im allgemeinen eine allzugroße Trägheit vermeiden, es sei denn, daß es sich z.B. um. einen Wasserturbinenregler mit langer Rohrleitung handelt. In diesen Fällen ist es immerhin noch möglich und bekannt, durch Anbringung genügender Schwungmassen der schädlichen Trägheit der geregelten Kraftentwicklung entgegenzutreten. 'Schwieriger ist es schon, bei Dampfkesselreglern diese Trägheit unschädlich zu machen, weil diese durch Wärmestauungen in den Teilen der Feuerung bedingt wird oder weil z. B. beim Eintritt einer Belastung erst die vorhandene brennende Kohlenschicht zu höherer Temperatur und lebhafter Gasentwicklung gebracht werden muß, wofür einige Zeit erforderlich ist. Die Schwierigkeit der Beseitigung der schädlichen Trägheit in diesen und ähnlichen Fällen beruht darauf, daß zur Erzielung einer stabilen Regelung in allen diesen Fällen eine äußerst kräftige Rückführung nötig ist, und diese hat den Erfolg, daß nach einer Laständerung der Regler nur langsam und zögernd die Verstellung der Regelungsorgane vornimmt, obwohl diese eigentlich in zweckmäßiger Weise, z. B. bei einem Dampfkesselregler, möglichst sofort nach Einsetzen einer Belastungsänderung und dazu noch möglichst über diejenige Stellung hinaus, wie sie dem neuen Beharrungszustand entspricht, erfolgen sollte. Eine einfache Beseitigung der Rückführung selbst ist nicht möglich, weil dies zu Pendelerscheinungen führen würde.In general, excessive inertia can be avoided in engine governors. unless it is e.g. a water turbine regulator with a long pipeline acts. In these cases it is still possible and known by attaching sufficient centrifugal masses to counteract the harmful inertia of regulated force development. 'More difficult it is nice to make this inertia harmless in the case of steam boiler regulators, because this is caused by heat build-up in the parts the firing is conditioned or because z. B. when a load occurs only the existing one burning coal layer must be brought to a higher temperature and vigorous evolution of gas, for which some time is required. The difficulty of eliminating the harmful indolence in these and similar cases relies on the fact that to achieve stable regulation in all in these cases an extremely vigorous regression is necessary, and this has the success that after a load change the controller only slowly and hesitantly adjusts the Regulatory organs makes, although this actually in an expedient manner, z. B. at a steam boiler regulator, if possible immediately after the onset of a change in load and, as far as possible, beyond the position that corresponds to the new state of equilibrium should be done. There is a simple elimination of the recirculation itself not possible because this would lead to pendulum phenomena.

Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß in die Rückführung des selbsttätigen Reglers bei mehreren parallel arbeitenden Maschinen zweckmäßig in die Rückführung sämtlicher parallel arbeitender Maschinen ein von der Belastung abhängendes Zwischenglied eingeschaltet ist, welches die sofortige Einstellung der Regler auf den neuen Beharrungszustand oder über diesen hinaus gestattet, wobei der Einfluß des Zwischengliedes auf den Endzustand der Regelung verschwindet. Bei elektrischen Spannungsreglern, ebenso bei Drehzahlreglern und bei Dampfkesselreglern kann das Zwischenglied z. B. durch die wattmetrisch, festgestellte Belastung dieser Maschine beeinflußt werden oder vielleicht durch eine Größe, welche die Gesamtbelastung der Maschine oder des Werkes erzeugt. Dabei wird das Zwischenglied dazu benutzt, um die Rückführung des Reglers oder der Regler zu verstellen und damit eine sofortige Veränderung in der Einstellung des Reglers oder der Regler unmittelbar nach dem Eintritt der Belastungsänderung zu erzielen. Darüber hinaus ist es sogar möglich, die Wirkung dieser Steuerungsart noch so weit zu ver-According to the invention, this problem is eliminated in that in the return of the automatic controller for several machines working in parallel is useful in the return of all machines working in parallel is dependent on the load Intermediate element is switched on, which means the immediate setting of the controller to the new steady state or via this also allowed, the influence of the intermediate link on the final state of the Regulation disappears. With electrical voltage regulators, as well as with speed regulators and in the case of steam boiler regulators, the intermediate member can, for. B. determined by the wattmetric Load on this machine can be influenced or perhaps by a quantity which is the total load on the machine or of the work. The intermediate link is used for the return of the controller or the controller and thus an immediate change in the setting of the controller or the Regulator immediately after the change in load occurs. About that In addition, it is even possible to maximize the effect of this type of control

stärken, daß vorübergehend zur Beschränkung des Einflusses von Verzögerungen oder Trägheiten, z. B. Wärmeträgheiten, der Regler sogar eine um ein passendes Maß über den neuen Dauerzustand hinausgehende Stellung annimmt. Wesentlich für eine derartige Steuerung ist es allerdings, daß nicht etwa diejenige Größe, welche für die Einstellung der Steuerung maßgebend ist, wieder von der ίο späteren Arbeit des Reglers selbst in erheblichem Umfange beeinflußt wird. Sobald letzteres der Fall ist, könnte nämlich der für die Stabilität der Regelung maßgebende dynamische Zusammenhang zwischen den von dem Regler abhängenden Gliedern so gestört werden, daß die Stabilität des Reglers leidet oder nur durch übergroße Verstärkung der Rückführung wieder erzielt werden kann.strengthen that temporarily to limit the influence of delays or Inertia, e.g. B. thermal inertia, the controller even an appropriate amount over the assumes position going beyond the new permanent state. Essential for such a Control, however, is not about the size required for the setting the control is decisive, again from the ίο later work of the controller itself to a considerable extent Extent is influenced. As soon as the latter is the case, the one that is decisive for the stability of the system could be dynamic relationship between the members dependent on the controller so be disturbed that the stability of the controller suffers or only through excessive gain the return can be achieved again.

Bei der Dampfkesselsteuerung, ebenso wie bei der elektrischen Spannungsregelung wäre eine solche Größe, die von der Belastung des Werkes gegeben und sodann durch das spätere Arbeiten des Reglers wenig beeinflußt wird, die Belastung des Kessels oder der elektrischen Maschine, wobei aber im allgemeinen bei der elektrischen Regelung die Blindlast als von der Einstellung des Spannungsreglers abhängig ausgeschlossen werden muß. Bei einer Geschwindigkeitsregelung eines Turbinenreglers wäre eine solche Größe beispielsweise die abzugebende Leistung, die wenigstens in manchen Fällen von vornherein gegeben ist und nicht von der Stellung des Reglers abzuhängen braucht. Ist dagegen letzteres im Parallelbetrieb von Turbinen der Fall, so ist die eigentliche Geschwindigkeitsregelung ohnedies aufgehoben, und eine Einrichtung, welche den schädlichen Einfluß der Rückführung in der angegebenen Weise aufhebt, ist in diesem Falle nicht als besonders störend anzusehen.With the steam boiler control, as well as with the electrical voltage regulation such a magnitude as given by the burden of the work and then by the later Work of the controller is little affected, the load on the boiler or the electrical machine, but in general in the case of electrical regulation, the reactive load than on the setting of the voltage regulator must be excluded depending on. Such a variable would be in the case of a speed control of a turbine governor For example, the service to be submitted, at least in some cases from the outset is given and does not need to depend on the position of the controller. Is against the latter is the case in the parallel operation of turbines, so is the actual speed control canceled anyway, and a device which eliminates the harmful influence of repatriation in the manner indicated, should not be regarded as particularly annoying in this case.

Die Abb. 1 zeigt nun eine derartige Einrichtung der Erfindung für den selbsttätigen Druckregler eines Dampfkesselreglers.Fig. 1 now shows such a device of the invention for the automatic pressure regulator of a steam boiler regulator.

Bei Dampfdruckreglern wird für die Beeinflussung der Lastgröße zweckentsprechend der Dampfverbrauch oder die Belastung des Kraftwerkes, welche sofort nach Eintritt der Belastung auf die Dampferzeugniseinrichtung, d. h. die Feuerung der Dampfkessel, einwirken soll, gewählt, während im Dauerzustand lediglich die eigentlich zu regelnde Größe, nämlich der Dampfdruck, die Regler zu steuern hat. In der Abb. 1 ist Z ein arbeitender Bestandteil der Maschine, beispielsweise bei mittelbarem, mit Wasserdrucksteuerung arbeitendem Regler der Druckwasserarbeitszylinder. An diesem Druckwasserzylinder Z ist zunächst einmal der Verdränger V₁ angehängt. Ferner wirkt der Druckwasserzylinder durch einen Hebel H und eine Feder F auf einen zweiten Verdränger V₂. Bewegungssinn und Steifigkeit der Feder werden so gewählt, daß bei gleichbleibendem Wasserspiegel in B₂ die durch die Federkraft F bewirkte Auf- und Abwärtsbewegung des Verdrängers V₂ unter Vermittlung eines Hebels die Rückführbewegung im Regler R auslöst. Im Dauerzustand soll gewohnlich diese Rückführbewegung ganz oder teilweise verschwinden. Dies wird erreicht durch die Rohrverbindung M zwischen den Behältern B₁ und B₂, in welche eine regelbare Drosselstelle eingesetzt ist. Es ist ersichtlich, daß eine Ab\värtsbewegung des Kolbens K des Arbeitszylinders zunächst ein Steigen des Wasserspiegels im Behälter B₁ und nach einiger Zeit durch Wasserdurchtritt durch die Drosselstelle D auch ein Steigen des Wasserspiegeis im Behälter B₂ verursacht. Dies letztere Steigen des Wasserstandes kann so gewählt werden, daß es die durch die Zusammendrückung der Feder F bewirkte Einsenkung des Verdrängers V₂ ganz oder teilweise aufhebt oder sogar übersteigt. Man ist daher mit der beschriebenen einfachen Einrichtung in der Lage, mit einfachen Mitteln eine nachwirkende Rückführung zu erreichen. Bei der geschilderten Einrichtung läßt sich ferner eine hydraulische S teuer verbindung einrichten. Unter einer Steuerverbindung wird eigentlich eine Einrichtung verstanden, die bewirkt, daß bei parallel arbeitenden Reglern alle Regler bei Belastungsschwankungen der Anlage eine gleichartige oder mindestens geregelte oder bestimmte Lastaufnahme bewirken. Um dies zu erreichen, ist es lediglich nötig, sämtliche Verdrängerbehälter der parallel arbeitenden Regler durch zwei Steuer- too rohrleitungen S₁ und S₂ miteinander zu verbinden. Hierdurch werden die hydraulischen Rückstellkräfte, die im Dauerbetriebszustand den Einfluß der Rückführungsfeder ausgleichen oder sogar übersteigen, bei allen parallel arbeitenden Reglern gleichmäßig gestaltet, und zwar auf die in dem Mittelwert sämtlicher Arbeitszylinderbewegungen entsprechenden Stärke eingestellt. Falls ein Regler eine über diesen Mittelwert hinausgehende no Lastauf- oder -abnähme bewirkt, wird er über die unveränderliche Rückführungskraft der Feder F zurückgehalten oder angetrieben, wodurch die Lastaufnahme bestimmt und der Parallelbetrieb in einfacher Weise bestimmt wird.In the case of steam pressure regulators, the steam consumption or the load on the power plant, which is to act immediately after the load on the steam product device, i.e. the furnace of the steam boiler, is selected to influence the load size, while in the steady state only the size actually to be controlled, namely the Steam pressure that the regulator has to control. In Fig. 1, Z is a working component of the machine, for example in the case of an indirect regulator of the pressurized water working cylinder working with water pressure control. The displacer V ₁ is initially attached to this pressurized water cylinder Z. Furthermore, the pressurized water cylinder acts on a second displacer _{V 2} through a lever H and a spring F. The sense of movement and stiffness of the spring are chosen so that, with the water level in B ₂ remaining the same, the up and down movement of the displacer V ₂ caused by the spring force F triggers the return movement in the regulator R by means of a lever. In the permanent state, this return movement should usually completely or partially disappear. This is achieved by the pipe connection M between the containers B ₁ and B ₂ , in which a controllable throttle point is inserted. It can be seen that a downward movement of the piston K of the working cylinder initially causes the water level in the container B ₁ to rise and, after some time, due to the passage of water through the throttle point D , the water level in the container B _{2 also} rises. This latter rise in the water level can be chosen so that it completely or partially eliminates or even exceeds the lowering of the displacer V ₂ caused by the compression of the spring F. With the simple device described, it is therefore possible to achieve retroactive feedback with simple means. In the device described, a hydraulic S expensive connection can also be set up. A control connection is actually understood to mean a device which has the effect that, in the case of regulators operating in parallel, all regulators effect a similar or at least regulated or specific load absorption in the event of load fluctuations in the system. In order to achieve this, it is only necessary to connect all the displacement tanks of the regulators working in parallel with one another by means of two control too pipes S ₁ and S _2. As a result, the hydraulic restoring forces, which compensate for or even exceed the influence of the return spring in the continuous operating state, are made uniform in all regulators working in parallel, and are set to the strength corresponding to the mean value of all working cylinder movements. If a controller causes a load increase or decrease beyond this mean value, it is held back or driven by the invariable return force of the spring F , whereby the load absorption is determined and the parallel operation is determined in a simple manner.

Selbstverständlich kann an Stelle der mechanischen Übertragung der Federkraft F auch eine hydraulische tJbertragung derselben treten.Of course, instead of the mechanical transmission of the spring force F , a hydraulic transmission of the same can also occur.

An der vorbeschriebenen Einrichtung wird nun erfindungsgemäß eine gemeinsame Beein-According to the invention, a common impairment is now applied to the device described above.

nussung sämtlicher parallel arbeitender Regler, ζ. B. durch ein Zwischenglied, ermöglicht, welches auf die Regelung bei plötzlichen Laständerungen von Einfluß sein soll, im Dauerzustand aber mehr oder minder zu verschwinden hat. Bei Dampfdruckreglern wird dieses Zwischenglied durch den Dampfdruckverbrauch oder die Belastung des Kraftwerkes beeinflußt, die sofort nach Eintritt der Belastung auf die Dampferzeugungseinrichtungen, d. h. die Feuerung der Dampfkessel, einwirken soll, während im Dauerzustand lediglich die eigentlich zu regelnde Größe, nämlich der Dampfdruck, die Regler zu steuern hat. Hierzu dienen zwei weitere Verdränger V₃ und F₄ in Behältern B₃ und S₄ in Abb. 2, die an die Steuerrohrleitungen S₁ und ^₂ des im übrigen unverändert eingerichteten Reglers nach Abb. ι angeschlossen werden. Die Verdränger V₃ und F₄ werden durch ein gemeinsames Joch / angetrieben; die Neigung dieses Joches wird nach einer Skala entsprechend der Laständerung des Kraftwerkes selbsttätig oder von Hand betätigt. Die Wirkung dieser zentralen Laststeuerung ist folgende: Wird das Joch/ verstellt und werden die Verdränger V₃ und F₄ bewegt, so pflanzt sich die Spiegelschwankung im Behälter B₁ sofort nach dem Behälter B₂ fort und übt Kräfte auf den Verdränger F₂ aus. Die hierdurch bewirkte Veränderung der Federlage F beeinflußt die Rückführung der Regler R und veranlaßt die Reglerbatterie zu einer gemeinsamen Beantwortung der Last-Veränderung durch eine bei allen Reglern gleichartig oder willkürlich abgestimmte Bewegung. Die Spiegelschwankung im Behälter B₃ pflanzt sich auch sofort auf die Behälter B₄ fort, hat jedoch bei den großen Kräften, welche die Arbeitszylinder entwickeln, keinen Einfluß auf die Stellung der Regler. Nach einiger Zeit gleichen sich jedoch die durch die Verstellung der Steuerung bedingten Spiegelschwankungen in sämtlichen Behältern durch Wasserdurchlauf in die Drosselstelle D aus, und der Einfluß der Steuerung verschwindet im Dauerbetrieb, wie dies erfindungsgemäß erforderlich ist.all controllers working in parallel, ζ. B. by an intermediate member, which should be of influence on the regulation in the event of sudden load changes, but has to disappear more or less in the steady state. In the case of steam pressure regulators, this intermediate element is influenced by the steam pressure consumption or the load on the power plant, which should act immediately after the load on the steam generating devices, i.e. the furnace of the steam boiler, while in the steady state only the variable that is actually to be regulated, namely the steam pressure, is the regulator has to control. Two further displacers V ₃ and F ₄ in containers B ₃ and S ₄ in Fig. 2, which are connected to the control pipes S ₁ and ^ ₂ of the otherwise unchanged controller according to Fig. Ι, are used for this purpose. The displacers V ₃ and F ₄ are driven by a common yoke /; the inclination of this yoke is operated automatically or by hand according to a scale corresponding to the load change of the power plant. The effect of this central load control is as follows: If the yoke / is adjusted and the displacers V ₃ and F _{4 are} moved, the level fluctuation in the container B ₁ propagates immediately after the container B ₂ and exerts forces on the displacer F ₂ . The resultant change in the spring position F influences the feedback of the regulator R and causes the regulator battery to respond jointly to the load change by means of a movement that is the same or arbitrarily coordinated for all regulators. The level fluctuation in the container B ₃ is also immediately propagated to the container B ₄ , but has no influence on the position of the regulator due to the great forces which the working cylinders develop. After some time, however, the level fluctuations caused by the adjustment of the control compensate each other in all containers by water flowing into the throttle point D , and the influence of the control disappears in continuous operation, as is required according to the invention.

Diese Steuerung läßt sich auch so einrichten, daß beim Einfluß einer Belastung, z.B. einer gemeinsamen Belastung einer parallel arbeitenden Gruppe von Dampfkesseln, der Regler durch den.Einfluß der Steuerung zunächst über denjenigen Beharrungszustand hinausbewegt wird, der dem neuen Belastungszustand entsprechen würde. Bei bekannten Regelungseinrichtungen wird durch besondere Mittel die Einstellung der Regler auf den neuen Beharrungszustand erzielt. Wenn nun die vorliegend beschriebene Steuerung so ausgeführt wird, daß der Regler zunächst über den neuen Beharrungszustand hinausbewegt wird, so hat dies den großen Vorteil, daß beispielsweise bei der Dampfkesselregelung die Erniedrigung der Dampfspannung bei Eintritt der Belastung in wesentlich geringeren Grenzen gehalten oder auch ganz zum Verschwinden gebracht werden kann, was bei den bekannten Einrichtungen nicht der Fall ist. Wird beispielsweise bei der Dampfkesselregelung die Kesselbatterie belastet, so tritt eine Dampfspannungserniedrigung auf Null ein, wenn sofort und. ohne merkliche Verzögerung die Luftzufuhr, die Kohlenbeschickung und die übri-• gen selbsttätig geregelten Betriebsgrößen auf die den neuen Beharrungszustand bedingenden Werte gebracht werden. Die Spannungserniedrigung rührt daher, daß die zu regelnde Einrichtung, auch wenn die äußeren Betriebsbedingungen für die neuen Laststufen hergestellt sind, auch einige Zeit braucht, bis sie den neuen Beharrungszustand erreicht. Bei der Feuerungsregelung ist diese Bedingung z. B. dadurch hervorgerufen, daß nach Verstellung der Luftzufuhr nicht sofort die volle Feuerentwicklung eintritt, weil die vorhandene brennende Kohlenschicht erst zu höherer Temperatur und lebhafterer Gasentwicklung gebracht werden muß, wofür einige Zeit erforderlich ist. Bei der Verstellung der Rostbeschickung muß beispielsweise erst bei einem Wanderrost die verstärkte Kohlenschicht ein Stück weit in die Feuerung hinauswandern, bevor sie zu einer Leistungssteuerung der Verdampfung wirksam wird. Die Einrichtung gemäß der Erfindung in der Weise,, daß ein neuer Beharrungszustand zunächst überschritten wird, bedingt daher einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren.This control can also be arranged so that when a load, e.g. a common load of a group of steam boilers working in parallel, the Controller through the influence of the control initially via that steady state is moved out, which would correspond to the new load condition. At acquaintances Control devices, the adjustment of the controller to the new steady state is achieved by special means. If the control described here is carried out so that the controller first is moved beyond the new steady state, this has the great advantage that, for example, in the steam boiler control the lowering of the vapor tension at the onset of the load is kept within significantly lower limits or can also be made to disappear entirely, which is the case with the known facilities is not the case. If, for example, the boiler battery is used for steam boiler control loaded, the vapor voltage drops to zero, if immediately and. without noticeable delay the air supply, the coal charging and the other automatically regulated operating parameters to the new steady state conditions Values are brought. The voltage decrease is due to the fact that the Establishment even if the external operating conditions for the new load levels are established also takes some time to reach the new state of equilibrium. at the combustion control is this condition z. B. caused by the fact that after adjustment the air supply does not immediately fully develop the fire because the existing one burning coal layer only at a higher temperature and more vigorous evolution of gas must be brought, which takes some time. When adjusting the For example, the grate must first be charged with the reinforced coal layer in the case of a traveling grate Wander a little way out into the furnace before going to a power control the evaporation takes effect. The device according to the invention in such a way ,, that a new steady state initially is exceeded, therefore requires a significant advantage over the known Procedure.

Claims

Claim:

Device for automatic influencing of automatic controllers as a function of the load on the controlled machine, characterized by an intermediate link depending on the load, which is switched into the known feedback device automatic controller and the immediate setting the controller to the new steady state or even beyond this allowed, whereby the influence of the The intermediate link to the final state of the scheme disappears.

1 sheet of drawings