DE603246C - Regler fuer Kraftmaschinen mit isodromer Rueckfuehrung, Kraftspeicher (Federn) und Daempfungskolben, insbesondere fuer parallel arbeitende Turbogeneratoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 26. SEPTEMBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 60 GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Juli 1931 ab

Beim normalen indirekten Regler mit starrer Rückführung ist jeder Stellung des Regelorgans eine bestimmte Stellung des Reglers zugeordnet. Für die folgenden Ausführungen soll angenommen werden, daß der Regler ein Drehzahlregler ist. Die Drehzahl muß sich also bei derartigen Reglern um einen bestimmten Betrag ändern und auf dem neuen Drehzahlwerk bleiben, wenn das

to Regelorgan eine neue Gleichgewichtslage einnehmen soll. Handelt es sich bei der geregelten Maschine um einen Turbogenerator, so ist jede Laständerung mit einer bleibenden Drehzahländerung· und damit auch mit einer bleibenden Frequenzänderung¹ verbunden. Die Frequenzänderurj,g ist vor allem, wenn es sich um das Parallelarbeiten mehrerer Maschinen handelt, unzulässig, so daß man durch einen zusätzlichen Eingriff in die

ao Regelung, z.B. über die Drehzahlverstellung, den ursprünglichen Frequenzwert wieder herstellen muß.

Neben den Reglern mit starrer Rückführung gibt es noch die Regler mit der sogenannten isodromen Rückführung; isodrom deshalb genannt, weil bei jedem Regelvorgang die gleiche Winkelgeschwindigkeit wieder hergestellt wird. Der Isodromregler arbeitet mit einem vorübergehenden, aber nicht mit einem bleibenden Ungleichförmigkeitsgrad.

Arbeiten mehrere mit Isodromreglern ausgerüstete Maschinen parallel, so ändert sich zwar, wie eben erläutert, bei einem Lastwechsel die Frequenz nicht; es läßt sich aber zunächst keine gesetzmäßige Verteilung der Last auf die einzelnen Maschinen herbeiführen, vielmehr ist die prozentuale Lastübernahme der einzelnen Maschinen von dem Aufbau und den Bewegungswiderständen der Regler abhängig. Der Regler mit der größeren Regelgeschwindigkeit wird der Maschine eine prozentual größere Last aufdrücken als der Regler mit der geringeren Regelgeschwindigkeit. .

Die Verhältnisse seien an Hand der Fig. 1 erläutert, die den grundsätzlichen Aufbau eines Isodromreglers zeigt. Es sei schon jetzt bemerkt, daß die Zwischenschaltung einer HilfsSteuerung zwischen den Regler und das Ventil nicht unbedingt erforderlich ist. Der Einfachheit halber ist in den weiteren Figuren der zwischengeschaltete Kraftverstärker weggelassen worden. Mit dem Fliehkraftpendel 1 ist über ein Gestänge 2 der Steuerstift 30 einer HilfsSteuerung verbunden, dem eine Steuerhülse 31 zugeordnet ist. Diese ist mit dem Kraftkolben 33, der durch eine Feder 32 belastet wird, verbunden. Die Stange 2 ist im Punkt IV mit dem Fliehkraftpendel und im Punkt III mit dem Steuerschieber 30 verbunden. Im Punkt I

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

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

greift ein Kraftspeicher in Form einer Feder 38 und ein Dämpfungskolben 4 an. Die Räume 5 oberhalb und unterhalb des Dämpfungskolbens 4 sind durch eine Umlaufleitung 6 miteinander verbunden. Zur Erläuterung des Reglers sei der Fall der Entlastung der Maschine angenommen. Die Kugeln des Fliehkraftpendels 1 schlagen weiter aus und heben dadurch den Punkt IV an. Der Punkt I ist als Festpunkt zu denken, so daß der Punkt III abwärts verschoben wird und dabei den Schieber 30 mitnimmt, so daß der Raum 34 unterhalb des Kolbens 33 über die Bohrungen 35 mit dem Raum 36 und damit mit der Abflußleitung 37 in Verbindung gesetzt wird. Die Feder 32 drückt den Kolben 33 und damit das Ventil 3 abwärts, so daß dieses weiter geschlossen wird. Da während dieses B ewegungs Vorganges der Punkt I zunächst als fest angenommen werden konnte, während der Punkt II abwärts bewegt wurde, so wurde hierbei die Feder 38 gespannt. Jetzt ist der Punkt IV als fest anzunehmen. Die Feder 38, die als Kraf tspeicher wirkt, zieht jetzt den Punkt III noch ein Stück weiter abwärts, wobei diese Bewegung durch den Kolben 4 gedämpft wird, und stellt damit den Schieber 30 auf eine Stellung ein, in der die Öffnungen 35 wieder geöffnet werden, falls sie vorher schon durch die Hülse 31 abgeschlossen waren, oder er verzögert die Abschlußbewegung dadurch, daß er während des Schließvorganges dem Schieber 30 eine Zusatzbewegung erteilt. Dieser Bewegungsvorgang dauert so lange an, bis das Fliehkraftpendel eine Lage eingenommen hat, die der ursprünglichen Drehzahl wieder entspricht. Nach, einem vorübergehenden Ungleichförmigkeitsgrad arbeitet also der Regler ohne bleibenden Ungleichförmigkeitsgrad weiter.

Die Stellung des Ventils 3 ist demnach bestimmt durch die Lage der Punkte IV und I. Die Lage des Punktes IV ist durch die Normaldrehzahl festgelegt, mit welcher der Regler 1 arbeiten soll. Die Lage des Punktes I dagegen ist bei den einzelnen Maschinen zunächst nicht eindeutig bestimmt, sie hängt von der Regelgeschwindigkeit ab.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Ausbildung eines Isodromreglers geschaffen, die sowohl bei Einzelmaschinen als auch bei parallel arbeitenden Maschinen anwendbar ist, bei parallel arbeitenden Maschinen aber die Möglichkeit gibt, den Punkt I bei allen Maschinen in die gleiche Lage zu bringen und damit eine prozentual gleiche Lastverteilung auf alle isodrom gesteuerten Maschinen sicherzustellen. Das wird gemäß der Erfindung unter Anwendung des bekannten Kraftspeichers und Dämpfungskolben beim Regler dadurch erzielt, daß für die Überführung des Dämpfungskolbens aus einer Gleichgewichtslage in die andere zwei auf den Dämpfungskolben einwirkende Kraftquellen vorgesehen sind, nämlich eine Feder, deren Kraft sich mit dem Federungsweg ändert, und 'eine dieser Feder entgegenwirkende, in Abhängigkeit vom Weg des Dämpfungskolbens gesteuerte Öldrucksteuerung. Die Erfindung· besteht also, allgemeiner ausgedrückt, darin, daß der Dämpfungskolben unter der Wirkung zweier Kräfte steht, deren absolute Größe sich mit der Stellung des Dämpfungskolbens ändert, die sich aber in jeder Gleichgewichtslage gegeneinander aufheben und von denen mindestens eine in Abhängigkeit von der Kolbenstellung gesteuert wird.

Der grundsätzliche Aufbau der neuen Anordnung ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Bezugszeichen stimmen, soweit es möglich war, mit denen in der Fig. 1 überein. Der Kolben 4 ist in diesem Falle als federbelasteter Kolben mit einer Belastungsfeder 11 ausgebildet. Der Kraft der Feder 11 wird im Raum 5 durch die Kraft eines Hilfssteuermittels das Gleichgewicht gehalten, und zwar wird der Öldruck im Raum 5 so ein- go geregelt, daß er in jeder Stellung des Kolbens 4 der Kraft der Feder 11 das Gleichgewicht hält. Die Anordnung beruht auf folgender Voraussetzung: Strömt einem Raum öl von konstantem Druck durch eine veränderliche öffnung zu und verläßt das öl diesen Raum durch eine gleichbleibende öffnung bei konstantem Gegendruck, so ist der Druck im Raum eine Funktion der Größe der Emströmöffnung. Die konstante Ab- ίου Strömöffnung ist die mit 12 bezeichnete Leitung, die in diesem Fall gegen den als konstant zu nehmenden Atmosphärendruck offen ist. In dem Raum 8, der über den Schlitz 7 mit dem Raum 5 in Verbindung steht, strömt durch eine Leitung 10 Drucköl ein. Ein gewichtsbelasteter Steuerschieber 9, der einen Abflußquerschnitt 9/ steuert, hält den Druck im Raum 8, d. h. vor dem Schlitz 7, konstant. Die notwendige Größe der Zuflußöffnung 7 läßt sich rechnerisch leicht ermitteln; sie ist, wie bereits erwähnt, bestimmt durch die Bedingung, daß in jeder Stellung des Kolbens 4 Gleichgewicht zwischen der Kraft der Feder 11 und dem Öldruck im Raums herrschen soll.

Die Änderung gegenüber der Isodromregelung nach der Fig. 1 besteht also darin, daß jetzt zu jeder Stellung des Kolbens 4 ein ganz bestimmter Öldruck gehört. Samtliehe Eigenschaften der Isodromregelung, also auch die der Dämpfung, sind aufrecht-

erhalten. Kräfte, die nach außen auf die Regelung wirken könnten, fehlen, so daß die Anordnung eine Steuerung ohne Rückdruck auf die Regelung darstellt.
S Wenn man zwei isodromgesteuerte Maschinen mit einer derartigen Einrichtung ausrüstet, so haben beide Maschinen bei gleichem Druck im Raum 5 auch gleiche prozentuale Belastung. Es ist jedoch nicht ge-

lc sagt, daß bei einem Lastwechsel sich nun auch der Druck in den Räumen 5 proportional ändert. Um gleiche Druckänderungen in den Räumen 5 herbeizuführen, kann man sich der in der Fig. 3 dargestellten Anordnung bedienen. Die Abströmleitungen 12 zweier Maschinen sind gegeneinander gerichtet und münden in düsenartigen Ausströmöffnungen 16 und 17, zwischen denen ein an einer Feder 14 aufgehängter Körper 13 mit zwei Drosselnadeln spielt. Dieser Körper hat die Aufgabe, den aus den beiden Düsen austretenden ölstrahl umzulenken. Solange die Drücke in den Räumen 5 beider Maschinen gleich sind, solange sind auch die

⁼a5 Umlenkungskräfte der beiden Ölstrahlen gleich. Sobald aber einer der beiden Drücke höher ist als der andere, wird er den Körper 13 in seiner Bewegungsrichtung verschieben, also die ihm zugeordnete düsenartige Aus-Strömöffnung vergrößern und die andere verkleinern. Hierdurch wird in einem der beiden Räume 5 der Druck abgesenkt und im anderen gestaut. Dies hat zur Folge, daß in dem Raum mit der Druckverringerung eine Äufwärtsbewegung des Kolbens 4 und in dem Raum mit dem Druckanstieg eine Abwärtsbewegung des Kolbens 4 eintritt. Hierdurch werden aber auch die Zuflußöffnungen 7 weiter geschlossen bzw. geöffnet, wodurch die Drücke in den Räumen 5 verringert bzw. vergrößert werden. Das Spiel setzt sich so lange fort, bis Druckgleichheit in den Räumen S hergestellt ist. In diesem Fall haben beide Maschinen wieder die gleiche prozentuale Last.

Bei Belastungsschwankungen im Netz verläuft der Vorgang in entsprechender Weise. Sind die Regelgeschwindigkeiten verschieden, so werden beide Maschinen zu gleicher Regelgeschwindigkeit gezwungen.

Die Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau der Anlage.

Sollen mehr als zwei Maschinen isodrom gesteuert werden, so ist eine Abänderung dieser Anordnung erforderlich. Man nimmt dann eine Maschine als Leitmaschine, welche den anderen die Belastung und die Regelgeschwindigkeit vorschreibt. Es muß dabei ausgeschlossen werden, daß die übrigen Maschinen auf die Leitmaschine zurückwirken oder sich gegenseitg beeinflussen. Das läßt sich ermöglichen, wenn man die Anordnung nach der Fig. 5 verwendet. In dieser ist mit ο die Vergleichsmaschine bezeichnet, während α und b die beiden Maschinen sind, die von der Leitmaschine aus beeinflußt werden sollen. Die Räume 5 der Maschinen α und b sind, wie im Fall der Fig. 3 und 4, an Ausflußdüsen 17 angeschlossen, vor denen sich die Drosselkörper 13 bewegen. Die Gegendüsen 16' werden in diesem Fall aber nicht unmittelbar an den Raum 5' der Leitmaschine ο angeschlossen, sondern an einen besonderen Druckölbehälter 19 mit der Zuströmleitung 18. Dieser Behälter 19 steht über dem Abströmquerschnitt 20' mit einer Abflußleitung 21 in Verbindung. Der Querschnitt 20' wird durch einen Schieber 20 gesteuert, der im Raum 22 durch das Druckmittel aus dem Raum 5' beaufschlagt wird. Sq Der Raum 22 besitzt eine Abflußöffnung 23. Der Schieber 20 wird durch eine Differenzkraft beaufschlagt, die sich aus den Drücken im Raum S' und im Raum 19 ergibt. Steigt der Druck im Raum 5' an, so bewirkt der Schieber 20 eine Verkleinerung des Durchtrittsquerschnitts 20' und damit einen Druckanstieg im Behälter 19, der sich als Druckanstieg an der Düse 16' auswirkt. Hierdurch wird der Drosselköorper 13 so verstellt, daß go der Druck in den Räumen 5 der Maschinen a und b ebenfalls vergrößert wird. In dieser Weise werden zunächst die Bewegungen der Regelungen aller Maschinen der Regelungsbewegung der Vergleichsmaschine ange- glichen. Da aber zu gleichen Stellungen der Kolben 4 gleiche anteilige Belastungen gehören, so wird erreicht, daß Belastungsänderungen von allen Maschinen gleichmäßig aufgenommen werden.

Es war erwähnt, daß eine Rückwirkung der Maschinen α und b auf die Maschine ο nicht stattfinden darf. Es darf also der Druck im Behälter 19 nicht beeinflußt werden. Das läßt sich erzielen, wenn man gemäß Fig. 6 den Drosselkörper 13 einseitig ausbildet, so daß er zwar die Düse 17 in ihrer Größe verändern kann, nicht aber eine Veränderung des Düsenquerschnittes 16' bewirken kann.

Schwankungen im Druck des durch die Leitung 18 zugeführten Steuermittels sind wirkungslos, da sie durch den Schieber 20 ohne Änderungen des Druckes im Behälter 19 ausgeglichen werden.

Man könnte an sich auch bei mehr als zwei Maschinen daran denken, eine Anordnung nach Fig. 4 zu verwenden. In diesem Fall würde man mit den Düsen 17 der angeschlossenen Maschinen je eine von Öl aus dem Raum 5' der Vergleichsmaschine gespeiste Düse 16' zusammenarbeiten lassen.

Dann müßte aber der Raum S' um ein Vielfaches der ölmenge vergrößert werden. Es würde Schwierigkeiten bereiten, die Zahl der angeschlossenen Maschinen zu ändern. Außerdem wird man darauf sehen müssen, alle Regelungen gleich auszuführen, damit man die gerade passende Maschine als Leitmaschine heranziehen kann. Die in der Fig. 5 dargestellte Anordnung entspricht dieser Möglichkeit.

Den Behälter 19 wird man möglichst zentral zu den einzelnen Maschinen aufstellen, um gleiche Strömungsverhältnisse für die einzelnen Regler zu schaffen. Zweckmäßig ist es weiter, Umschaltvorrichtungen vorzusehen, so daß man jede Maschine wahlweise als Leitmaschine verwenden kann. Die Umschaltvorrichtungen sind in der Fig. 7 als Ventile 28 dargestellt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Regler für Kraftmaschinen mit isodromer Rückführung, Kraftspeicher (Federn) und Dämpfungskolben, insbesondere für parallel arbeitende Turbogeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß für die Überführung des Dämpfungskolbens aus einer Gleichgewichtslage in die andere zwei auf den Dämpfungskolben einwirkende Kraftquellen vorgesehen sind, nämlich eine Feder, deren Kraft sich mit dem Federungswieg ändert, und eine dieser Feder entgegenwirkende, in Abhängigkeit vom Weg des Dämpfungskolbens gesteuerte Öldrucksteuerung.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (4) mit einem Steuerschieber gekuppelt ist oder selbst den Steuerschieber für eine öffnung (7) in seinem Zylinder bildet und eine mit dem Hub des Dämpfungskolbens (4) veränderliche Menge einer Druckflüssigkeit konstanten Druckes in den mit einer konstant bleibenden Abflußöffnung (12) versehenen Zylinder einströmen läßt.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zuströmleitung (10) der Druckflüssigkeit und den Zylinderraum eine Vorrichtung (9> 9'01 zweckmäßig in Form eines gewichtsbelasteten Ausströmventils, zwischengeschaltet ist, die den Zuströmdruck vor dem Zylinderraum konstant hält.

4. Regelanordnung für zwei parallel arbeitende Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit Reglern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke in den Zylinderräumen (5) der einzelnen Dämpfungskolben (4) miteinander verglichen werden und der bei einer Abweichung dieser Drücke voneinander auftretende Differenzdruck auf ein Regelorgan (13) für mindestens einen dieser Drücke so lange einwirkt, bis wieder Gleichgewicht hergestellt ist.

5. Regelanordnung nach Anspruch 4 mit einer federnd aufgehängten doppelseitigen Drosselnadel (13) als Regelorgan.

6. Regelanordnung für mehrere parallel arbeitende, mit Reglern nach Anspruch 2 ausgerüstete Maschinen, von denen eine als Leitmaschine arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Druck in den einzelnen Zylinderräumen (5) der einzelnen Reglerdämpfungskolben (4) der von der Leitmaschine zu steuernden Maschine mit dem Druck eines Steuermittels verglichen wird, der dem Zylinderraumdruck (5') der Dämpfungseinrichtung der Leitmaschine verhältnisgleich ist.

7. Regler nach Anspruch 6 mit Drosselkörpern zur Herstellung der Druckgleichheit in den Dämpfungszylinderräumen, gekennzeichnet durch als einseitige Drosselnadeln ausgebildete Drosselkörper, welche nur auf den Druck in den Dämpfungseinrichtungen, nicht aber auf das als Vergleichsmittel dienende Druckmittel einwirken.

8. Regelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitungen der Dämpfungszylinderräume der einzelnen Maschinen auf die Einrichtung zur Druckregelung umschaltbar sind (Fig. 7)·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen