DE614640C

DE614640C - Control device for water turbines

Info

Publication number: DE614640C
Application number: DEE43431D
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1932-10-15
Filing date: 1932-10-26
Publication date: 1935-06-13

Description

Regelvorrichtung für Wasserturbinen Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Wasserturbinen, bei der die Leitschaufelverstellung in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitsregler über eine Hilfsmotorsteuerun.g und die Laufschaufelverstellung über eine zweite Hilfsmotorsteuerung in Abhängigkeit von der Leitschaufelverstellung vorgenommen wird.Control device for water turbines The invention relates to a control device for water turbines, in which the guide vane adjustment is dependent on the speed controller via an auxiliary motor control and the blade adjustment via a second Auxiliary engine control made depending on the guide vane adjustment will.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei Vorrichtungen dieser Art in der Praxis öfters Schwierigkeiten ergeben, weil es nur schwer erreichbar ist, die Laufradschaufeln genau gleichzeitig mit den Leitradschaufeln zu verstellen, und daß infolgedessen die Regulierung der Turbine durch das Nacheilen der Laufradregelung leicht zum. Pendeln kommt. Es sind nun bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, welche diesen Schwierigkeiten dadurch zu begegnen suchten, daß die Bewegung der Laufradschaufeln gegenüber derjenigen der. Leitradregelung stark verzögert wurde, um auf diesem Umwege zu erreichen, daß der Regelvorgang in einwandfreier Weise vor sich ging. Es hat sich auch gezeigt, daß diese Maßnahme geeignet ist, den gewünschten Zweck zu erreichen. Den bekannten Vorrichtungen dieser Art haften anderseits aber ganz wesentliche Nachteile an. Sie arbeiten entweder mit einer Blende in den Steuerleitungen des Laufradhilfsmotors oder mit einer besonderen Ölbremse im Steuergestänge zum Laufradhilfsmotor, deren Wirkung ihrerseits wieder von der Blendenöffnung in der Ölbremse abhängig ist. In beiden Fällen ist der Betrag der möglichen Verzögerung durch die Größe der Blendenöffnung beschränkt, und außerdem ist die Größe der Verzögerung sehr stark von äußeren Einflüssen abhängig, insbesondere von der Temperatur und dem sich daraus ergebenden Viskositätsgrad des Öles. Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie ist gekennzeichnet durch einen zwischen die Leitrad- und die Laufradverstelleinrichtungen geschalteten, eine große Übersetzung für die von der Leitradverstelleinrichtung ausgehenden und auf die Laufradverstelleinrichtung zu übertragenden Regelbewegungen darstellenden weiteren Hilfsmotor, der von der Leitradverstellvorrichtung aus gesteuert und dessen Steuerschieber durch die Verstellung des die Steuerung des Laufradhilfsmotors betätigenden Organs rückgeführt wird. Es ist offenbar, daß es mit einer solchen Vorrichtung möglich ist, die Verzögerung in der Einstellung der Laufradregelung innerhalb, beliebiger Grenzen zu halten. Es ist dafür nötig, die Übersetzung vom Hilfsmotor auf das Steuergestänge des Laufradsteuerventils entsprechend groß zu wählen. Zudem ist die Drehzahl des Hilfsmotors durch Regelung der diesem zugeführten Drucknittelmenge in weiten Grenzen verstellbar, so daß die Vor richtung tatsächlich weitgehende Möglichkeiten zur Einstellung der Wirkungsweise der Laufradregelung bietet.It has been shown that devices of this type in the Practice often results in difficulties because it is difficult to reach the impeller blades to adjust exactly at the same time with the stator blades, and that as a result the regulation of the turbine by lagging behind the impeller control is easy to. Commuting is coming. Devices have now become known which these Attempted to encounter difficulties in that the movement of the impeller blades compared to that of. Idler control was severely delayed in order to take this detour to achieve that the control process went smoothly. It has it has also been shown that this measure is suitable for achieving the desired purpose. On the other hand, however, the known devices of this type have very significant disadvantages at. They either work with a screen in the control lines of the auxiliary impeller motor or with a special oil brake in the control linkage to the auxiliary impeller motor, whose Effect in turn depends on the orifice opening in the oil brake. In In both cases, the amount of possible delay is due to the size of the aperture limited, and also the size of the delay is very much dependent on external influences depending, in particular on the temperature and the resulting viscosity grade of the oil. The device according to the present invention avoids these disadvantages. It is characterized by one between the stator and impeller adjustment devices switched, a large translation for the idler adjustment device outgoing control movements to be transmitted to the impeller adjustment device representing another auxiliary motor, which is controlled by the Leitradverstellvorrichtung and its control slide by adjusting the control of the impeller auxiliary motor actuating organ is returned. It is evident that there is such a thing Device possible, the delay in setting the impeller control within any limits. It is necessary to have the translation from Auxiliary motor on the control linkage of the impeller control valve accordingly large Select. In addition, the speed of the auxiliary motor is controlled by the amount supplied to it The amount of pressure medium can be adjusted within wide limits, so that the device actually does extensive options for setting the mode of operation of the impeller control offers.

Durch beEondere Ausgestaltung der Steuerkanten des den Hilfsmotor steuernden Steuerventils kann in bekannter Weise bewirkt werden, daß die Drehzahl des Hilfsmotors mit der Größe der Regulierbewegungen der Leitschaufeln zunimmt. Es ist dabei besonders zweckmäßig, daß -die Verzögerung in der Nähe des Beharrungszustandes möglichst groß ist, während bei den anderen Betriebszuständen erwünscht ist, daß die Laufschaufeln möglichst bald nach einer Verstellung der Leitschaufeln die neue richtige Stellung einnehmen. Diesen beiden Forderungen kann durch die erwähnte besondere Ausgestaltung des Steuerventils zum Hilfsmotor Rechnung getragen werden. Durch die Ausgestaltung der Steuerkanten des den Hilfsmotor steuernden Steuerventils ist es überhaupt möglich, die bekannten Bedingungen für die Öffnungs-und Schließbewegungen der Leit- bzw. Laufradschaufelung zu erfüllen. Bekanntlich genügt es bei Turbinen mit regulierbaren Leit-und Laufradschaufeln, wenn beim Schließen zur Vermeidung größerer Drehzahlexhöhungen die Leitschaufeln rasch geschlossen werden. Das Schließen der Laufradschaufeln kann dann langsam nachfolgen. Beim Öffnen unter plötzlichen Belastungen könnten dagegen zu große Drehzahlabfälle eintreten, wenn die Laufradschaufeln ebenso langsam geöffnet würden; es ist deshalb in solchen Fällen nötig, das Öffnen der Laufradschaufeln rascher erfolgen zu lassen. Um nun die zur Erreichung der Stabilität erforderliche starke Verzögerung in der Bewegung der Laufradschaufeln beim Schließen trotzdem zu bewirken, ist es zweckmäßig, die Steuerkanten des Steuerventils zum Hilfsmotor so auszubilden, daß der Hilfsmotor bei den Öffnungsbewegungen mehr Triebflüssigkeit erhält als bei den Schließbewegungen, so daß also. die Drehzahl des Hilfsmotors bei den Öffnungsbewegungen höher ist als bei den Schließbewegungen.Due to the special design of the control edges of the auxiliary motor controlling control valve can be effected in a known manner that the speed of the auxiliary engine with the size of the regulating movements of the guide vanes increases. It is particularly useful that the delay in the vicinity of the The steady state is as large as possible, while in the other operating states It is desirable that the rotor blades as soon as possible after an adjustment of the guide blades take up the new correct position. These two requirements can be met by the aforementioned special design of the control valve to the auxiliary motor are taken into account. Through the design of the control edges of the control valve controlling the auxiliary motor is it at all possible to use the known conditions for the opening and closing movements to meet the stator or impeller blades. As is well known, it is sufficient for turbines with adjustable guide and impeller blades to avoid when closing larger increases in speed, the guide vanes are quickly closed. The closing the impeller blades can then slowly follow. When opening under sudden On the other hand, loads could occur too great a speed drop if the impeller blades would open just as slowly; it is therefore necessary in such cases to open it to allow the impeller blades to take place more quickly. In order now to achieve stability required large deceleration in the movement of the impeller blades when closing to cause anyway, it is appropriate to use the control edges of the control valve To train auxiliary motor so that the auxiliary motor with the opening movements more driving fluid received than with the closing movements, so that so. the speed of the auxiliary motor is higher in the opening movements than in the closing movements.

Zur Schonung des Reguliergetriebes der Laufradschaufeln ist es weiterhin erwünscht, das Ansprechen der Laufradregelung zu verhindern, solange die Regelbewegungen der Leitschaufeln ein gewisses Mindestmaß nicht überschreiten. Die Steuerkanten des Steuerventils für den Hilfsmotor erhalten, um diese Bedingung erfüllen zu können, eine entsprechend große Überdeckung.It is still used to protect the regulating gear of the impeller blades desirable to prevent the impeller control from responding as long as the control movements of the guide vanes do not exceed a certain minimum. The control edges of the control valve for the auxiliary engine in order to be able to meet this condition, a correspondingly large overlap.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. z schematisch die ganze Vorrichtung, während die Fig. 2, 3 und q. verschiedene Ausführungen des die Kraftmittelzufuhr zum Hilfsmotor steuernden Ventils veranschaulichen.The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention illustrates, namely Fig. z shows schematically the entire device, while Figures 2, 3 and q. different versions of the fuel supply to the auxiliary engine to illustrate the controlling valve.

Fig. 5 und 6 zeigen die Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen.5 and 6 show the device in different operating positions.

In Fig. i bezeichnet i einen die nicht gezeigten Leitschaufeln mittels einer Stange 2 verstellenden Hilfsmotorkolben, der von einem Fliehkraftpendel 3 aus mittels eines Steuerkolbens q. in bekannter Weise gesteuert wird.In Fig. I, i denotes a guide vanes (not shown) by means of a rod 2 adjusting auxiliary engine piston, which is driven by a centrifugal pendulum 3 off by means of a control piston q. is controlled in a known manner.

An die Stange 2 ist in Punkt-5 ein Hebel 6 angelenkt, der an seinem anderen Ende (Punkt 7) gelenkig mit einer auf einer Spindel 8 beweglichen Gewindemutter g verbunden ist. Bei io ist an den Hebel 6 der Steuerkolben eines Steuerventils ii angelenkt, durch welches die zu den beiden Stutzen eines Zahnradflüssigkeitsmotors 1q. führenden Leitungen i2 und 13 gesteuert werden. Das Ventil ii erhält Druckflüssigkeit aus einer Leitung i5. Durch Leitung 16 kann die Druckflüssigkeit aus dem Ventil i i abströmen. Je nach der Stellung .des Kolbens 17 des Steuerventils i i (s. Fig. 2 bis 4) wird .die im Sinne der Zeichnung obere Seite (Leitung i3) bzw. untere Seite (Leitung 12) des Motors i¢ mit der Druckleitung i5 und gleichzeitig die andere Seite mit dem Ablauf 16 verbunden. Der Motor dreht sich entsprechend in dem einen oder dem anderen Sinne. Bei der Mittelstellung des Steuerkolbens 17 im Ventil i i sind die Leitungen 12 und 13 abgeschlossen. Der Motor 1q. steht dann still.A lever 6 is hinged to the rod 2 in point 5, which at his other end (point 7) articulated with a threaded nut movable on a spindle 8 g is connected. When io, the control piston of a control valve is on lever 6 ii hinged, through which the to the two nozzles of a gear fluid motor 1q. leading lines i2 and 13 are controlled. The valve ii receives pressure fluid from a line i5. The pressure fluid can flow out of the valve through line 16 i i flow off. Depending on the position of the piston 17 of the control valve i i (see Fig. 2 to 4) becomes the upper side (line i3) or lower side in the sense of the drawing (Line 12) of the motor i ¢ with the pressure line i5 and at the same time the other side connected to the drain 16. The motor rotates accordingly in one or the other sense. In the middle position of the control piston 17 in the valve i i are lines 12 and 13 completed. The engine 1q. then stands still.

Die Bewegung des Motors i¢ wird über eine Welle 18 auf ein Schneckengetriebe i9 und von da auf die die Gewindemutter g tragende Spindel 8 übertragen.The movement of the motor i ¢ is transmitted via a shaft 18 to a worm gear i9 and from there to the spindle 8 carrying the threaded nut g.

Bei 2o ist an die Gewindemutter g ein Steuerhebel2i angelenkt, an den bei 22 der Steuerkolben 23 eines Steuerventils angelenkt ist, das in bekannter Weise einen Hilfsmotorkolben 2q. steuert, welcher mittels seiner Kolbenstange 25 die ebenfalls nicht gezeigten Laufradschaufeln verstellt. Bei 26 ist der Steuerhebel 2i an die Kolbenstange 25 angelenkt, wodurch in bekannter Weise eine Rückführung für das Steuerventi123 hergestellt ist. Da ferner der mit dem Punkt 2o durch die Mutter g gekuppelte Punkt 7 den Steuerhebel 6 des Steuerventils i i rückführend bewegt, entspricht alsdann jeder Verstellung des Punktes 5 der Leitradregelung eine bestimmte Verstellung des Hilfsmotorkolbens 24 der Laufradregelung.At 2o, a control lever 2i is hinged to the threaded nut g which is articulated at 22 of the control piston 23 of a control valve, which is known in Way an auxiliary engine piston 2q. controls which by means of its piston rod 25 adjusted the impeller blades, also not shown. At 26 is the control lever 2i hinged to the piston rod 25, whereby a return in a known manner for the control valve123. Furthermore, since the with the point 2o by the Nut g coupled point 7 returning the control lever 6 of the control valve i i moves, then each adjustment of point 5 of the stator control corresponds to one certain adjustment of the auxiliary engine piston 24 of the impeller control.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: In Fig. i sind die Hilfsmotorkolben i und 2q. der Leitrad- bzw. Laufradregelung in Mittellage gezeigt. Die Turbine ist also ungefähr zur Hälfte belastet gedacht, Tritt nun eine Entlastung ein; so erhöht sich die Drehzahl der Turbine. Durch das Fliehkraftpendel 3 wird dann der Steuerkolben q. nach oben gestellt und dadurch der Zylinderraum unter dem Hilfsmotorkolben i unter Druck gesetzt, der Raum über dem Kolben i dagegen mit dem Ablauf verbunden. Der Kolben i bewegt sich demzufolge nach oben und schließt mittels der Stange z das nicht gezeigte Leitrad der Turbine, bis der Kolben des Steuerventils 4 wieder in der Mittellage ist. Diese Stellung ist in Fig. 5 gezeigt.The operation of the device described is as follows: In Fig. i are the auxiliary engine pistons i and 2q. the guide wheel or impeller control in the central position shown. The turbine is thought to be about half loaded, now step one Discharge one; this increases the speed of the turbine. By the centrifugal pendulum 3 then the control piston q. placed upwards and thereby the cylinder space pressurized under the auxiliary engine piston i, but the space above the piston i connected to the process. The piston i moves accordingly after above and closes the stator, not shown, of the turbine by means of the rod z until the piston of the control valve 4 is back in the middle position. This position is shown in fig.

Durch die Aufwärtsbewegung des Punktes 5 der Stange 2 ist auch der Hebel 6 mit dem Kolben 17 des Steuerventils i i um den Punkt 7 nach oben gedreht worden. Dadurch wird die zum Hilfsmotor 14 führende Leitung 13 mit der Druckleitung 15 und gleichzeitig die' andere Seite des Hilfsmotors 14 über die Leitung 12 mit dem Ablauf 16 verbunden. Dabei sind für den Ablauf des Arbeitsmittels aus dem Hilfsmotor 14 nur relativ kleine Nuten an der Kante des Steuerkolbens 17 frei. Je - nach der Anzahl und Größe dieser Nuten verstellt nun der Motor 14 über das Schneckengetriebe ig die Mutter 9 schneller oder langsamer nach unten, und zwar so lange, bis der Steuerkolben 17 wieder in seiner Mittellage ist, worauf der Motor 14 abgestellt und die Bewegung unterbrochen wird. Mit der Mutter 9 ist auch der linke Drehpunkt :2o des Hebels 21 nach abwärts bewegt worden, was eine Verstellung des Hilfsmotorkolbens 24 der Laufradsteuerung nach oben bewirkt, weil das Steuerventil 24 nach unten geführt und dadurch der Zylinderraum unter dem Kolben 24 unter Öldruck gesetzt wird. Es wird dann schließlich die in Fig.6 gezeichnete Stellung der Teile erreicht, in welcher der Laufradhilfsmotor 24 die der neuen Stellung des Leitradhilfsmotors i entsprechende Lage erreicht hat und alle Teile im neuen Beharrungszustand sind.By the upward movement of the point 5 of the rod 2 and the lever 6 is connected to the piston of the control valve 1 7 ii been rotated around the point 7 to the top. As a result, the line 13 leading to the auxiliary engine 14 is connected to the pressure line 15 and at the same time the other side of the auxiliary engine 14 is connected to the outlet 16 via the line 12. In this case, only relatively small grooves on the edge of the control piston 17 are free for the working fluid to flow out of the auxiliary motor 14. Depending on the number and size of these grooves, the motor 14 now adjusts the nut 9 faster or slower down via the worm gear ig, until the control piston 17 is back in its central position, whereupon the motor 14 is switched off and the movement begins is interrupted. With the nut 9, the left fulcrum: 2o of the lever 21 has also been moved downwards, which causes the auxiliary motor piston 24 of the impeller control to move upwards, because the control valve 24 is guided downwards and the cylinder space under the piston 24 is thereby put under oil pressure . The position of the parts shown in FIG. 6 is then finally reached, in which the auxiliary impeller motor 24 has reached the position corresponding to the new position of the auxiliary stator motor i and all parts are in the new steady state.

Bei einer Erniedrigung der Drehzahl der Turbine vollzieht sich sinngemäß der umgekehrte Vorgang im Sinne eines Öffnens der Turbine.When the speed of the turbine is reduced, this takes place analogously the reverse process in the sense of opening the turbine.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen nun noch besondere Ausführungsformen für den Kolben des erfindungsgemäß zwischen die Leit- und Laufradregeleinrichtungen geschalteten Hilfsmotors, die die Abhängigkeit der Verstellgeschwindigkeiten der Leit- und Laufradregelung bestimmen. Bei der Ausführung nach Fig. 2 erfolgt der Übertritt der Druckflüssigkeit in die Leitungen 13 und 12 durch Nuten 28, deren für den Durchfluß des Druckmittels in Betracht kommender Querschnitt mit größerem Ausschlag des Kolbens 17 aus der Mittelstellung zunimmt. Dadurch wird bewirkt, daß dem Motor 14 bei größeren Ausschlägen des Steuerkolbens 17 mehr Druckflüssigkeit zugeführt - wird, so. daß er sich entsprechend schneller dreht.FIGS. 2 to 4 now show special embodiments for the Piston connected according to the invention between the guide and impeller regulating devices Auxiliary motor, which determines the dependence of the adjustment speeds of the guide and impeller control determine. In the embodiment according to FIG. 2, the pressure fluid passes over into the lines 13 and 12 through grooves 28, whose for the flow of the pressure medium Considerable cross-section with a larger deflection of the piston 17 from the Middle position increases. This causes the motor 14 at larger deflections of the control piston 17 more hydraulic fluid is supplied - so. that he is accordingly turns faster.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kominen bei Bewegungen des Kolbens 17 nach oben, im Sinne des Schließens, nur Nuten 29 zur Wirkung, während bei Bewegungen des Kolbens 17 nach unten, im Sinne des öffnens, der volle Umfang der Steuerkanten wirkt. Dadurch wird dem Motor 14 beim Öffnen mehr Druckflüssigkeit zugeführt als beim Schließen, und die Öffnungsbewegungen der Laufradschaufeln erfolgen entsprechend schneller als deren Schließbewegungen.« Fig, 4 schließlich zeigt eine dritte Ausführungsform des Steuerkolbens 17 im Ventil i i. Die Steuerkanten des Kolbens 17 besitzen in diesem Falle eine Überdeckung von der Größe h, die bewirkt, daß der Hilfsmotor 14 nur dann Druckflüssigkeit erhält und in Bewegung gesetzt wird, wenn der Steuerkolben 17 um mehr als das Maß der Überdeckung la aus der Mittellage verstellt wird.In the embodiment of FIG. 3, when the piston moves 17 upwards, in the sense of closing, only grooves 29 to take effect, while with movements of the piston 17 downwards, in the sense of opening, the full circumference of the control edges works. As a result, more hydraulic fluid is supplied to the motor 14 than when it is opened when closing, and the opening movements of the impeller blades take place accordingly faster than their closing movements. ”Finally, FIG. 4 shows a third embodiment of the control piston 17 in the valve i i. The control edges of the piston 17 have in In this case, an overlap of the size h, which causes the auxiliary motor 14 hydraulic fluid is only received and set in motion when the control piston 17 is adjusted by more than the amount of overlap la from the central position.

Die Ausbildung des Steuerventils 17 gestattet also, die Bewegungen der Laufradregelung in vollkommenster Weise allen bekannten Erfordernissen anzupassen. Sie kann in der einen oder anderen Richtung, unabhängig von der Geschwindigkeit der Regelbewegungen der Leitschaufeln, langsamer oder schneller gestaltet werden. Ihre Geschwindigkeit kann mit zunehmender Größe der auszuführenden Regelungsbewegungen gesteigert werden, und sie kann schließlich in einem beliebigen, in der Nähe des Beharrungszustandes liegenden Bereiche ganz ausgeschaltet werden. Hierdurch ist eine sichere Anpassung an alle Betriebsverhältnisse möglich.The design of the control valve 17 thus allows the movements to adapt the impeller control in the most perfect way to all known requirements. You can go in one direction or the other, regardless of speed the regular movements of the guide vanes, can be designed to be slower or faster. Their speed can increase with the size of the control movements to be carried out can be increased, and it can eventually be in any, near the Areas lying in the steady state are completely switched off. This is safe adaptation to all operating conditions is possible.

Claims

PATENT CLAIM: Control device for water turbines, in which the guide vane adjustment depending on the speed controller via an auxiliary motor control and the Blade adjustment via a second auxiliary engine control as a function of the guide vane adjustment is made, characterized by an between the idler and impeller adjustment devices (i to 4, 2o to 26) switched, a large translation for the outgoing and representing control movements to be transmitted to the impeller adjusting device further auxiliary motor (5 to ig), which is controlled by the stator adjustment device (2) and its control slide (17) by adjusting the control of the auxiliary impeller motor actuating member (21) is returned.