DE634532C

DE634532C - Double regulator for Kaplan turbines

Info

Publication number: DE634532C
Application number: DET44890D
Authority: DE
Original assignee: DIETER THOMA DR ING
Current assignee: DIETER THOMA DR ING
Priority date: 1935-02-01
Filing date: 1935-02-01
Publication date: 1936-09-02

Description

Doppelregler für Kaplanturbinen Um bei Kaplanturbinen,welche durch Verstellen der Leitschaufeln und der Laufschaufeln geregelt werden, bei allen Belastungen den höchsten jeweils möglichen Wirkungsgrad zu erreichen, muß jeder Leitschaufelstellung eine bestimmte Laufschaufelstel-lung zugeordnet sein. Die Doppelregler der Kaplanturbinen werden deswegen in bekannter Weise so ausgebildet, daß sie im Beharrungszustande die Leitschaufeln und Laufschaufeln in zugeordnete Stellungen bringen. Es ist ferner bekannt, die Regler so auszubilden, daß nach einer plötzlichen Entlastung der Turbine vorübergehend eine starke Abweichung von dieser Zuordnung eintritt; man macht die größte Schließgeschwindigkeit, die der zur Verstellung der Laufschaufeln dienende Kraftkolben (Laufschaufelkolben) annehmen kann, absichtlich erheblich kleiner als die größte Schließgeschwindigkeit des die Leitschaufeln verstellenden Kraftkolbens (Leitschaufelkolbens). Nach einer Belastungsverminderung erfolgt dann der Leistungsausgleich zunächst in der ersten Phase des Regelungsvorganges vorwiegend durch Schließen der Leitschaufeln, während die Laufschaufeln sich nur wenig schließen (wobei unter Schließen der Übergang von der steilen Stellung, die der vollen Leitschaufelöffnung zugeordnet ist, zu der der kleinsten Leitschaufelöftnung zugeordneten flachen Stellung verstanden «erden soll). Dieses Abweichen von der Zuordnung während des notwendigerweise schnellen Leistungsausgleiches nach einer Belastungsverminderung ist für die Regelung vorteilhaft, weil durch das Herabgehen des Wirkungsgrades der Betrag, um den die Wassermenge vermindert werden muß, erniedrigt und die schädlichen Trägheitswirkungen in der Wasserzuleitung und im Saugrohr entsprechend gemildert werden. Nachdem die Turbinenleistung ganz oder annähernd der: verlangten Leistung angeglichen ist, macht sich in der zweiten Phase des kegelungsvorganges die verhältnismäßig langsame Schließbewegung der Laufschaufeln geltend. Um die Leistung gleichbleibend zu erhalten, nämlich gleich der verlangten Leistung, müssen dabei auch die Leitschaufeln verstellt werden. Die Steuerung der Kraftkolben sorgt in bekannter Weise dafür, daß die beiden Kraftkolben sich schließlich in zugeordnete Stellungen einsteuern. Die vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Ausbildung der Steuerung und bezweckt, den Regelungsvorgang nach einer plötzlichen Entlastung während der Zeit, in der die beiden Kraftkolben stark von den zugeordneten Stellungen abweichen, möglichst günstig zu gestalten.Double regulator for Kaplan turbines To be used with Kaplan turbines, which by Adjustment of the guide vanes and the rotor blades are regulated at all loads To achieve the highest possible degree of efficiency, each guide vane position must be assigned a certain blade position. The double regulators of the Kaplan turbines are therefore designed in a known manner so that they are in the steady state bring the guide vanes and rotor blades into assigned positions. It is further known to train the controller so that after a sudden relief of the turbine there is a temporary strong deviation from this assignment; you do that greatest closing speed that is used to adjust the blades Power piston (blade piston) can assume, on purpose, considerably smaller than the greatest closing speed of the power piston adjusting the guide vanes (Guide vane piston). After a reduction in the workload, the benefits will then be compensated initially in the first phase of the control process, mainly by closing the Guide vanes, while the rotor blades close only a little (with closing the transition from the steep position associated with the full vane opening is understood to mean the flat position associated with the smallest guide vane opening «Should be grounded). This deviation from the assignment during the necessarily fast Performance equalization after a reduction in load is advantageous for the regulation, because by decreasing the efficiency the amount by which the amount of water must be diminished, diminished and the harmful effects of inertia in the Water supply line and in the suction pipe are mitigated accordingly. After the turbine power is fully or approximately matched to the required performance, makes itself in the the second phase of the cone process is the relatively slow closing movement of the blades. To keep the performance constant, namely the same the required power, the guide vanes must also be adjusted. the Control of the power piston ensures in a known manner that the two power pistons finally steer yourself into assigned positions. The present invention concerns a special training of the control and aims at the regulation process after a sudden relief during the time in which the two power pistons deviate greatly from the assigned positions, to make them as inexpensive as possible.

Uin das Wesen der Erfindung hervortreten zu lassen, soll zunächst das Arbeiten des in Abb. i dargestellten Regrers bekannter Bauart besprochen werden.- Das Fliehkraftpendel A betätigt durch den Riickführhebel B das Steuerventil G des Leitschaufelkolbens D, de@=-sen Kolbenstange E im Punkte e1 an das Leit Schaufelgetriebe angeschlossen ist. Die -.Siel: lungen, die der Punkt e1 bei ganz geöffnetem und bei ganz geschlossenen Leitschaufeln einnimmt, sind in der Abbildung bezeichnet. Das Steuerventil G ist so ausgebildet, daß der Leitschaufelkolben D sich nach unten bewegt, wenn das Steuerventil aus der Mittellage nach oben verschoben ist. Mit der Kolbenstange E ist der Winkelhebel F gekuppelt, der die Kurvenbahn f 1 trägt. Diese wird von der federbelasteten Rolle G abgetastet. Die Rolle G sitzt am einen Ende des Hebels H, dessen Punkt lbl mit dem Steuerventil J des Laufradkolbens K gelenkig verbunden ist; an die Kolbenstange k1 ist im Punkte k= das Laufschaufelgetriebe angeschlossen. Die Stellungen, die der Punkt k2 bei kleinster und bei größter Turbinenleistung im Beharrungszustande einnimmt, sind in den Abbildungen durch die Worte flach und steil bezeichnet. Das Steuerventil J ist so ausgebildet, daß der LaufschaufelkolbenK sich nach unten bewegt, wenn das Steuerventil aus der Mittellage nach oben verschoben ist. Die nach oben durchgehende Kolbenstange des Kolbens K ist mit dem Endpunkt h" des Hebels H verbunden. Die Form der Kurvenbahn f 1 ist so gewählt, daß der Laufschaufelkolben K sich im Beharrungszustande stets in die der Stellung des Leitschaufelkolbens D zugeordnete Stellung einsteuert.The first thing to do is to let the essence of the invention emerge the work of the in Fig. I shown Regrers of known design - The centrifugal pendulum A operates the return lever B the Control valve G of guide vane piston D, de @ = - sen piston rod E at point e1 the Leit vane gear is connected. The -.Siel: lungs that the point e1 when the guide vanes are fully open and fully closed are in the Figure labeled. The control valve G is designed so that the guide vane piston D moves down when the control valve is moved up from the center position is. The angle lever F, which controls the cam track, is coupled to the piston rod E f 1 carries. This is scanned by the spring-loaded roller G. The role G sits at one end of the lever H, whose point lbl with the control valve J of the impeller piston K is articulated; to the piston rod k1 is at point k = the rotating blade gear connected. The positions which the point k2 at the smallest and at the greatest turbine power assumes in a state of steady-state, are in the figures by the words flat and marked steep. The control valve J is designed so that the blade piston K moves down when the control valve is moved up from the center position is. The piston rod of piston K, which goes through upwards, is at the end point h "of the lever H. The shape of the cam path f 1 is chosen so that the rotor blade piston K is always in the steady state in the position of the guide vane piston D controls assigned position.

Wenn eine plötzliche Belastungsverminderung der Turbine eintritt, d. h. wenn von einem Beharrungszustand ausgehend die Belastung plötzlich auf einen kleineren, in der Folgezeit gleichbleibenden Betrag sinkt, arbeitet dieser Regler in folgender Weise. In der ersten Phase erfolgt ein schneller Leistungsausgleich durch eine schnelle Abwärtsbewegung des Leitschaufelkolbens D. , Die nach oben durchgehende Kolbenstange des Kolbens D verstellt dabei den Endpunkt des Hebels B, den Rückführpunkt b1. Die Bewegung des Leitschaufelkolbens D wird auf das Steuerventil I übertragen und leitet eine Schließbewegung des Laufschaufelkolbens K ein. Da durch entsprechende Ausbildung des Steuerventils J die Schließgeschwindigkeit des Kolbens K verhältnismäßig klein gemacht ist, wird die Verstellung der Laufradschaufeln zunächst nicht sehr fühlbar, so daß der Regelungsvorgang hauptsächlich durch Verstellung der Leitschaufeln bestimmt wird und ähnlich verläuft wie bei einem gewöhnlichen einfachen Turbinenregler.If there is a sudden reduction in the load on the turbine, d. H. if, starting from a steady state, the load suddenly falls on you If a smaller amount, which remains the same in the following time, falls, this controller works in the following way. In the first phase, there is a quick balancing of benefits by a rapid downward movement of the guide vane piston D., the continuous upward The piston rod of piston D adjusts the end point of lever B, the return point b1. The movement of the guide vane piston D is transmitted to the control valve I. and initiates a closing movement of the rotor blade piston K. Because by appropriate Formation of the control valve J the closing speed of the piston K relatively is made small, the adjustment of the impeller blades is initially not very much palpable, so that the control process mainly by adjusting the guide vanes is determined and proceeds similarly to an ordinary simple turbine governor.

In der zweiten länger dauernden Phase des Regelungsvorganges kommt die andauernde Schließbewegung der Leitschaufeln zur Wirkung. Es wäre. erwünscht, daß dabei die am :.Ende der ersten Phase eingeregelte Drehzahl eh nicht nochmals ändert. Dieser Wunsch '..;bleibt aber unerfüllt,' denn das Schließender 'haufradschaufeln bei festgehaltenen Leitschaufeln bewirkt im allgemeinen eine Änderung der Turbinenleistung, so daß das Fliehkraftpendel nochmals eingreifen muß, um die Änderung auszugleichen. Am Ende der zweiten Phase, bei endgültig erreichtem Beharrungszustand ist dann der Rückführpunkt b1 in einer anderen Lage als am Ende der ersten Phase, und dementsprechend hat sich auch die Drehzahl nochmals geändert. Da fast stets die Forderung gestellt wird, daß die Drehzahl verhältnismäßig kurz nach der Belastungsänderung wieder gleichbleibend sein soll, wird man durch jene Vorgänge daran gehindert, die Schließgeschwindigkeit des Laufschaufelkolbens so klein zu machen, wie es nötig sein würde, um während der ersten Phase eine merkliche Wirkung des Schließens der Laufschaufeln zu unterdrücken und voll in den Genuß der Vorteile des Zurückbleibens der Laufschaufeln zu kommen.In the second, longer phase of the control process comes the constant closing movement of the guide vanes to the effect. It would be. he wishes, that the speed regulated at the end of the first phase will not be repeated anyway changes. This wish '...; but remains unfulfilled,' because the closing thing is to 'shovel the impeller with fixed guide vanes generally causes a change in the turbine power, so that the centrifugal pendulum must intervene again to compensate for the change. At the end of the second phase, when the state of equilibrium has finally been reached, the Return point b1 in a different position than at the end of the first phase, and accordingly the speed has also changed again. Since almost always the demand is made it becomes that the speed remains constant again relatively shortly after the change in load should be, one is prevented by those processes from the closing speed of the blade piston as small as it would be needed to during the first phase to suppress a noticeable effect of closing the blades and take full advantage of the blade lagging benefits.

Bei den meisten Ausführungen ist in die Verbindung zwischen dem Rückführpunkt b1 und dem Leitschaufelkolben D noch ein nachgiebiges Element eingeschaltet. Die Nachteile der oben erörterten Vorgänge werden durch eine solche nachgiebige Rückführung etwas gemildert, aber nicht grundsätzlich beseitigt.In most designs there is in the connection between the return point b1 and the guide vane piston D still switched on a flexible element. the Disadvantages of the processes discussed above are caused by such a resilient feedback somewhat mitigated, but not fundamentally eliminated.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, während der zweiten Phase des Regelungsvorganges den Einfluß der Schließbewegung des Laufschaufelkolbens auf die Drehzahlregelung vollständig zu beseitigen, so daß hinsichtlich der Drehzahl der Beharrungszustand schon am Ende der ersten Phase erreicht werden kann. Die in der zweiten Phase erfolgende Einsteuerung der Kraftkolben in die zugeordneten Stellungen wird dadurch eine 'innere Angelegenheit der beiden Kraftkolben, die ohne Mitwirkung des Fliehkraftpendels abläuft, und die Schließgeschwindigkeit des Laufradkolbens kann ohne Nachteil beliebig klein gemacht werden.The purpose of the present invention is during the second phase of the control process on the influence of the closing movement of the rotor blade piston to eliminate the speed control completely, so that in terms of speed steady state can be achieved at the end of the first phase. In the In the second phase, the power pistons are controlled into the assigned positions thereby becomes an 'internal matter of the two power pistons, which do not cooperate of the centrifugal pendulum expires, and the closing speed of the impeller piston can be made as small as you want without any disadvantage.

Man hat versucht, den geschilderten Mangel (Änderung der Drehzahl während der zweiten Phase) dadurch zu beseitigen, daß der Rückführpunkt an beide Kraftkolben angeschlossen wird. Ein Regler dieser bekannten Bauart ist in Abb.2 dargestellt, in der die Zeichen A bis k2 dieselbe Bedeutung haben wie in Abb. i. Der Rückführpunkt b1 ist hier mit einem Punkte h des Hebels L verbunden, dessen Endpunkte an den Leitschaufelkolben D und den Laufschaufelkolben K angeschlossen sind. Durch den Hebel L wird gewissermaßen ein Anteil der Bewegung des Leitschaufelkolbens zu einem Anteil der Bewegung des Laufschaufelkolbens addiert, und die Summe wird auf den Rückführpunkt übertragen. Den gewünschten Erfolg hat man damit nicht erzielt Man hatte geglaubt, mit einer weiteren, in Abb. 3 dargestellten Bauart Erfolg haben zu können, die eine Verallgemeinerung der in Abb. 2 dargestellten Bauart ist und deswegen eine weitergehende Anpassung an die Leistungseigenschaften der Turbine ermöglicht. In Abb. 3 haben die Zeichen A bis k° dieselbe Bedeutung wie in Abb. r. Der Rückführpunkt b1 ist an den Drehpunkt irzl des Hebels Al angeschlossen. Der eine Endpunkt dieses Hebels trägt die Rolle m2, welche von der mit dem Leitschaufelkolben D zwangsläufig verbundenen Kurvenbahn f= geführt wird. Der andere Endpunkt des Hebels !b7 trägt die Rolle y113, welche durch die mit dem Laufschaufelkolben IL zwangsläufig verbundene Kurvenbahn k3 geführt wird. Beide Rollen werden durch die Feder »a4 an ihre Kurvenbahnen angepreßt.Attempts have been made to eliminate the deficiency described (change in speed during the second phase) by connecting the feedback point to both power pistons. A regulator of this known type is shown in Fig.2, in which the characters A to k2 have the same meaning as in Fig. I. The return point b1 is connected here to a point h of the lever L , the end points of which are connected to the guide vane piston D and the rotor blade piston K. By means of the lever L, to a certain extent, a portion of the movement of the guide vane piston is added to a portion of the movement of the rotor blade piston, and the sum is transferred to the return point. The desired success was not achieved with it. It was believed that one could be successful with another design shown in Fig. 3, which is a generalization of the design shown in Fig. 2 and therefore enables a more extensive adaptation to the performance characteristics of the turbine. In Fig. 3, the characters A to k ° have the same meaning as in Fig. R. The return point b1 is connected to the pivot point irzl of the lever A1. One end point of this lever carries the roller m2, which is guided by the cam path f = which is inevitably connected to the guide vane piston D. The other end point of the lever! B7 carries the roller y113, which is guided by the curved path k3 which is inevitably connected to the rotor blade piston IL. Both rollers are pressed against their cam tracks by the spring a4.

Bei dieser Bauart wird eine (durch die Kurvenbahn f=) beliebig wählbare Funktion der Leitschaufelöffnung zu einer (durch die Form der Kurvenbahn k3) beliebig wählbaren Funktion der Laufschaufelstellung addiert, und die Summe wird auf den Rückführpunkt b1 übertragen. Daß gleichwohl mit dieser Anordnung die gewünschte Wirkung grundsätzlich nicht erreicht werden kann, geht aus folgender Überlegung hervor.With this type of construction one can be freely selected (by the cam path f =) Any function of the guide vane opening to one (due to the shape of the curved path k3) selectable function of the blade position is added, and the sum is added to the Transfer return point b1. That, nevertheless, with this arrangement the desired Effect cannot be achieved in principle, is based on the following consideration emerged.

Während der zweiten Phase des Regelungsvorganges ist die Turbinenleistung unveränderlich. Damit sie ohne Mitwirkung des Fliehkraftpendels, also bei gleichbleibender Drehzahl, unverändert bleibt, darf der. Rückführpunkt b1 dabei seine Stellung nicht verändern. Die Stellung des Rückführpunktes darf also nur von der Turbinenleistung abhängen, muß aber unabhängig davon sein, in welcher Weise, d. h. durch welche Leitschaufelöffnungen und Laufschaufelstellungen diese Leistung erzielt wird.The turbine output is during the second phase of the control process immutable. So that they do without the involvement of the centrifugal pendulum, i.e. with the same Speed, remains unchanged, the. Return point b1 does not change its position change. The position of the return point may only depend on the turbine power depend, but must be independent of the way in which, i. H. through which vane openings and blade positions this performance is achieved.

Daß es nicht möglich ist, durch passende Wahl der Kurvenbahnen f2 und k3 diese Forderung zu erfüllen, hängt mit folgendem bekannten Satz zusammen. Wenn eine Funktion von zwei Veränderlichen gegeben ist: ,z = f (.i, y), dann ist es im allgemeinen nicht möglich, eine Funktion. von x allein, q# (_x) und eine Funktion von y allein, zp (y) so zu bestimmen, - daß #o (x) -E- y' (y) = f (x, y) ist. (Dies ist nur in dem Sonderfall möglich, daß die gegebene Funktion überall der Bedingung ö2 f #; @y^ - o genügt.) Wenn man für den vor-6x Fall die bei gegebener Fallhöhe und gegebener Drehzahl vorhandene Turbinenleistung mit N, die Leitschaufelöffnung mit a, die Winkelstellung der Laufschaufeln mit bezeichnet, ist N = f (a, 2.) durch die hydraulischen Eigenschaften der Turbine gegeben. Die bei den Kaplanturbinen tatsächlich vorhandene Abhängigkeit der Leistung von Leitschaufelöffnung und Laufschaufelstellung ist nun derart, daß es keine Funktionen cp (a.) und 2p (A.) gibt, die die Forderung erfüllen, daß #p (a) -E- y (.1) nur von der Turbinenleistung abhängt.The fact that it is not possible to meet this requirement by a suitable choice of the cam paths f2 and k3 is related to the following well-known sentence. If a function is given by two variables:, z = f (.i, y), then in general it is not possible to use a function. of x alone, q # (_x) and a function of y alone, zp (y) to be determined in such a way that #o (x) -E- y ' (y) = f (x, y) . (This is only possible in the special case that the given function satisfies the condition ö2 f #; @ y ^ - o everywhere.) If, for the pre-6x case, the turbine power present at a given head and given speed is N, the guide vane opening with a, denoted by the angular position of the rotor blades, N = f (a, 2.) is given by the hydraulic properties of the turbine. The actual dependence of the power on guide vane opening and rotor blade position in the Kaplan turbines is such that there are no functions cp (a.) And 2p (A.) which meet the requirement that #p (a) -E- y ( .1) depends only on the turbine power.

Um dies nachzuweisen, ist in Abb.4 das Leistungsfeld einer Kaplanturbine gezeichnet (es ist aus der Abb. 356 im Buch von Thomann, Wasserturbinen, zweiter Teil, 2. Auflage, Stuttgart 1931, Seite 259, abgeleitet). Nach rechts sind die Leitschaufelöffnungen i» Bruchteilen der Vollöffnung, nach oben die Drehwinkel der Laufschaufel (von der flachsten Stellung an gerechnet) in Bruchteilen des größten Drehwinkels aufgetragen. jeder Punkt des Feldes entspricht einem bestimmten Betriebszustand. Die ausgezogenen Linien sind Linien gleicher Leistung; die Leistungen, gemessen in Bruchteilen der Vollleistung, sind an die Linien angeschrieben. Die gestrichelt gezeichnete Linie ist die Zuordnungslinie; sie gibt die Betriebszustände an, die bei gegebener Leistung den höchsten Wirkungsgrad liefern. Für das Verhalten der Turbine nach plötzlichen Belastungsverminderungen kommt der links oberhalb der Zuordnungslinie liegende Teil des Feldes in Betracht.To prove this, the power field of a Kaplan turbine is shown in Fig drawn (it is from Fig. 356 in Thomann's book, Wasserturbinen, second Part, 2nd edition, Stuttgart 1931, page 259, derived). To the right are the vane openings i »Fractions of the full opening, upwards the angle of rotation of the rotor blade (from the flattest position calculated) in fractions of the largest angle of rotation. each point of the field corresponds to a certain operating status. The undressed Lines are lines of equal power; the benefits measured in fractions of the Full performance, are written on the lines. The dashed line is the assignment line; it specifies the operating states at a given power deliver the highest level of efficiency. For the behavior of the turbine after sudden The part to the left above the allocation line will reduce the load of the field into consideration.

Wenn der Rückführpunkt b1 mit den beiden Kraftkolben so verbunden ist, daß seine Lage nur von der Turbinenleistung abhängt, muß jede Bewegung der Kolben, die eine Vergrößerung der Turbinenleistung bewirkt, eine Aufwärtsbewegung des Rückfiihrpunktes und jede Bewegung, die eine Verkleinerung der Turbinenleistung bewirkt, eine-Abwärtsbewegung des Rückführpunktes zur Folge haben. Wenn die Turbine in dem in Abb. 4 mit S bezeichneten Betriebspunkt (a = o,6, d = 0,4) arbeitet urid die Laufschaufeln auf einen etwas größeren Winkel eingestellt werden (entsprechend einer Verschiebung des Betriebspunktes im Sinne des eingezeichneten Pfeiles), so steigt, wie aus dem Verlauf der Linie N = 0,4 ersehen werden kann, die Leistung an, der Rückführpunkt b1 muß also dabei gehoben werden; in der Abb.3 ist die Schräge der Kurvenbahn dementsprechend gewählt. Wenn die Turbine bei kleiner Leitschaufelöffnung, aber mit derselben Laufschaufelstellung in dem mit Z@ bezeichneten Betriebspunkte (a = 0,3, ?. = o,4) arbeitet und die Laufschaufeln auf einen etwas größeren Winkel eingestellt werden (entsprechend dem eingezeichneten Pfeil), dann geht die Turbinenleistung herab, und der Rückführpunkt b1 müßte gesenkt werden. Durch die Wahl der Form der Kurvenbahn kg kann man dieser Forderung nicht genügen,, ohne die Bewegungsübertragung für den Betriebspunkt N verkehrt zu machen, denn in beiden Fällen ist dieselbe Stelle der Kurvenbahn k3 wirksam.When the return point b1 is so connected to the two power pistons is that its position depends only on the turbine power, every movement must be the Piston, which causes an increase in turbine power, an upward movement the return point and any movement that would reduce the turbine power causes a downward movement of the return point. When the turbine at the operating point marked S in Fig. 4 (a = 0.6, d = 0.4) urid works the blades can be set to a slightly larger angle (corresponding to a shift of the operating point in the sense of the arrow), so As can be seen from the course of the line N = 0.4, the performance increases on, the return point b1 must therefore be raised; in Fig.3 is the slope chosen accordingly. If the turbine with a small guide vane opening, but with the same blade position in the operating point designated by Z @ (a = 0.3,?. = o, 4) works and the blades at a slightly larger angle can be set (according to the arrow), then the turbine power goes down, and the feedback point b1 would have to be decreased. By choosing the shape of the cam track kg one cannot meet this requirement, without making the transmission of motion wrong for the operating point N, because in In both cases, the same point on the cam path k3 is effective.

Die Forderung, daß die Stellung des Rückführpunktes nur von der Turbinenleistung (bei gegebener Fallhöhe und gegebener Drehzahl) abhängt, kann grundsätzlich nicht durch ein-Getriebe erfüllt werden, dessen Wirkung den Charakter einer Addition zweier Einzelbewegungen hat, von denen die eine nur von der Leitschaufelbewegung, die andere nur von der Laufschaufelbewegung abhängt. Zur Erfüllung der Forderung muß vielmehr, darin beruht die vorliegende Erfindung, die kinematische Verbindung von den beiden Kraftkolben zum Rückführpunkt so gestaltet sein, daß das Übersetzungsverhältnis der Bewegungsübertragung vom Laufschaufelkolben zum Rückführpunkt bei festgehaltenem Leitschaufelkolben von der Stellung des L eitschaufelkolbens abhängt. Bei der Regelung einer Turbine mit einem Leistungsfeld gemäß Abb. q. muß das Übersetzungsverhältnis vom Laufschaufelkolben zum Rückführpunkt sogar das Vorzeichen wechseln. Die Abb. q. bezieht sich zwar nur auf eine bestimmte Turbine; die Leistungseigenschaften anderer Kaplanturbinen sind aber auch derart, daß das Übersetzungsverhältnis vom Laufschaufelkolben zum Rückführpunkt von der Leitschaufelstellung abhängig sein muß; wenn die Stellung des Rückführpunktes nur von der Turbinenleistung abhängig sein soll.The requirement that the position of the return point only depends on the turbine power (with a given height of fall and given speed), cannot in principle be met by a gear, the effect of which has the character of an addition of two Has individual movements, one of which is only due to the guide vane movement, the other depends only on the blade movement. Rather, to meet the requirement, therein lies the present invention, the kinematic connection of the two Power piston to the return point be designed so that the transmission ratio the transfer of motion from the blade piston to the return point while holding Guide vane piston depends on the position of the guide vane piston. In the scheme a turbine with a power field according to Fig. q. must be the gear ratio even change the sign from the blade piston to the return point. Fig. q. refers only to a specific turbine; the performance characteristics other Kaplan turbines are also such that the transmission ratio from The rotor blade piston to the return point must be dependent on the guide vane position got to; if the position of the feedback point only depends on the turbine power should be.

Abb.5 ist die schematische Darstellung eines nach der vorliegenden Erfindung ausgeführten Reglers, bei dem die Forderung, daß die Stellung des Rückführpunktes nur von der Turbinenleistung abhängt, unter Verwendung eines Formkörpers streng erfüllt wird. Die Zeichen A bis k2 haben dieselbe Bedeutung wie in Abb. r. Die 'nach oben durchgeführte-Kolbenstange des Kolbens K trägt die Zahnstange k4, die in das Zahnrad p1 eingreift. Der Durchmesser des letzteren ist so gewählt, daß es -weniger als eine volle Umdrehung macht, wenn der Kolben K seinen vollen Hub zurücklegt. Das Zahnrad sitzt fest. auf der Welle p2, die in den Lagern q längs verschieblich geführt -wird. Die Längsverschiebung der Welle -wird durch das Kugelgelenk p3, den Lenker f 3 und die anderen aus der Abbildung ersichtlichen Teile vom Leitschaufelkolben D bewirkt. Mit der Welle fest verbunden ist der Formkörper P. Dieser wird durch den Stift R abgetastet, der den Rüclcführungspunlct b1 führt. Die Feder r1 preßt den Stift R gegen den Formkörper P.Fig.5 is a schematic representation of one according to the present Invention executed controller, in which the requirement that the position of the feedback point depends only on the turbine power, using a molded body strictly is fulfilled. The characters A to k2 have the same meaning as in Fig. R. The after The piston rod of the piston K carried out above carries the toothed rack k4, which is inserted into the Gear p1 engages. The diameter of the latter is chosen so that it is less than makes a full revolution when the piston K covers its full stroke. The gear is stuck. on the shaft p2, which is longitudinally displaceable in the bearings q to be led. The longitudinal displacement of the shaft is controlled by the ball joint p3, the Link f 3 and the other parts of the guide vane piston that can be seen in the figure D causes. The molded body P is firmly connected to the shaft the pin R scanned, which leads the Rüclcführungspunlct b1. The spring r1 presses the pin R against the molded body P.

Jede senkrecht zur Achse der Welle p'= stehende Linie, die einen Punkt der Oberfläche des Formkörpers mit der Wellenachse verbindet, soll als Radius bezeichnet werden. Da dem Formkörper seine Winkelstellung vom Laufschaufelkolben und seine Längsstellung vom Leitschaufelkolben vorgeschrieben wird, ist für jede Kombination von Laufgchaufelstellung und Leitschaufelstellung ein bestimmter Radius für die Höhenlage des Rückführpunktes maßgebend. Der Formkörper ist nun so gestaltet, daß die Längen der Radien nur von der Turbinenleistung abhängen und mit ihr stetig wachsen, im einfachsten Falle also derart, daß die Länge der Radien proportional mit der Turbinenleistung zunimmt. Das Arbeiten des in Abb. 5 dargestellten Reglers ergibt sich aus dem früher Dargelegten von selbst.Any line perpendicular to the axis of the shaft p '= which has a point the surface of the shaped body connects to the shaft axis is referred to as the radius will. Since the shaped body its angular position from the blade piston and its The longitudinal position of the guide vane piston is prescribed for each combination of rotor blade position and guide vane position a certain radius for the The height of the return point is decisive. The molded body is now designed so that the lengths of the radii depend only on the turbine power and grow steadily with it, in the simplest case so that the length of the radii is proportional to the Turbine power increases. The operation of the regulator shown in Fig. 5 results from what has been set out earlier.

Statt des den Formkörper enthaltenden Getriebes können auch Getriebe verwendet werden, welche nur aus Kurbeln, Lenkern und Geradführungen bestehen. Man muß sich dann damit begnügen, daß die genannte Forderung nur annähernd erfüllt wird. Getriebe, welche für ein gegebenes Leistungsfeld die Forderung hinreichend genau erfüllen, können durch Ausprobieren auf dem Reißbrett gefunden werden.Instead of the gearing containing the molded body, gears can also be used which only consist of cranks, handlebars and linear guides. Man must then be satisfied with the fact that the requirement mentioned is only approximately fulfilled. Gearboxes that meet the requirement with sufficient accuracy for a given range of services meet can be found by trial and error on the drawing board.

Als'Beispiel soll hier ein Getriebe beschrieben werden, welches für die Regelung einer Turbine mit einem Leistungsfeld gemäß Abb. 6 verwendet werden kann. Das Getriebe ist in Abb.-7 gezeichnet, es ist ein ebenes Getriebe, welches, abgesehen von den für die beiden Bewegungseingänge und den Bewegungsausgang verwendeten Geradführungen, nur aus drei Lenkern besteht; die Abbildung ist hinsichtlich der baulichen Durchbildung nur schematisch, hinsichtlich der kinematischen Verhältnisse jedoch inaßstäblich richtig.As an example, a transmission is to be described here, which for the regulation of a turbine with a power field according to Fig. 6 can be used can. The gear is shown in Fig. 7, it is a flat gear, which, apart from those used for the two movement inputs and the movement output Straight guides, only consists of three links; the figure is concerning structural design only schematically, with regard to the kinematic conditions but in literally correct.

Die Bewegung des Leitschaufelkolbens wird dem Getriebe durch die Stange U zugeleitet, die sich in der Führung u1 parallel verschiebt. An das obere Ende der Stange U ist im Punkte x1 der Lenker X drehbar angeschlossen. Die Stellungen, die der Punkt xl auf seiner (strichpunktierten) Führungslinie bei verschiedenen Leitradöffnungen a einnimmt, sind in Abb. 7 angegeben; in der gezeichneten Stellung ist a = o,8. Die Bewegung des Laufschaufelkolbens wird dem Getriebe durch die Stange 1=' zugeleitet, die sich in der Führung v1 parallel verschiebt. An das obere Ende der Stange Z' ist im Punkte y1 der Lenker Y drehbar angeschlossen. Die Stellungen, die der Punktyl auf seiner (strichpunktierten) Führungslinie bei verschiedenen Winkelstellungen A, der Laufschaufeln einnimmt, sind in der Abbildung angegeben, und z#,N ar ist in dem vorliegenden Beispiel der Weg von y1 proportional 2,. In der gezeichneten Stellung ist 2.=o,5. Die Lenker X und Y sind im Punkte ;a unter sich und mit dem Lenker Z drehbar verbunden. Das obere Ende des Lenkers Z ist im Punkte hl drehbar mit dem Bolzen W verbunden, der sich in der Führung w1 parallel verschieben kann und dadurch den Punkt b1 auf der strichpunktierten Linie führt. b1 ist gleichzeitig der Rückführpunkt, an ihn ist der Rückführhebel B angeschlossen (vgl. auch Abb. 5). Die Höhenlage z des Punktes b1 soll nach der eingezeichneten gleichmäßig geteilten Skala gemessen werden; die Skala ist so gelegt, daß'. für den Leerlauf der Turbine im Beharrungszustand, wobei gemäß Abb.6 a = o,o6 und 2, = o ist, z = o ist und daß für die Höchstleistung (a = 1 und # = 1) z = 1 ist. In der gezeichneten Stellung ist .z = o,61.The movement of the guide vane piston is fed to the transmission through the rod U, which moves parallel in the guide u1. At the upper end of the rod U, the handlebar X is rotatably connected at point x1. The positions which point xl assumes on its (dash-dotted) guide line at various stator openings a are shown in Fig. 7; in the position shown, a = 0.8. The movement of the blade piston is fed to the gear unit through the rod 1 = ', which moves in parallel in the guide v1. The handlebar Y is rotatably connected to the upper end of the rod Z 'at point y1. The positions that the dot yl assumes on its (dash-dotted) guide line at various angular positions A, of the rotor blades are indicated in the figure, and z #, N ar is the path of y1 proportional to 2, in the present example. In the position shown, 2. = 0.5. The handlebars X and Y are rotatably connected to each other and to the handlebar Z at point; a. The upper end of the link Z is rotatably connected at point hl to the bolt W, which can move parallel in the guide w1 and thereby leads the point b1 on the dash-dotted line. b1 is also the return point, to which the return lever B is connected (see also Fig. 5). The altitude z of point b1 is to be measured according to the evenly divided scale drawn; the scale is set so that '. for the idling of the turbine in the steady state, whereby according to Fig.6 a = o, o6 and 2, = o, z = o and that for the maximum power (a = 1 and # = 1) z = 1. In the position shown, .z = o.61.

Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende. Der der gezeichneten Stellung (a = o,8, A, = o,5) entsprechende Betriebspunkt ist im Leistungsfeld (Abb.6) angegeben; er liegt auf der gestrichelt eingezeichneten Zuordnungslinie und entspricht einem Beharrungszustande bei der Leistung N = o,61. wenn die Turbine von diesem Zustande aus plötzlich vollständig entlastet wird, arbeitet sie am Ende der ersten Phase (sofern man von der geringen, schon während der ersten Phase eintretenden Schließbewegung der Laufschaufeln absieht) in dem in Abb. 6 ebenfalls angegebenen Betriebspunkte a = o,24, A. = o,5. Die entsprechende Stellung des Getriebes ist in Abb.7 gestrichelt gezeichnet; der Punkt, in dem die drei Lenker zusammenlaufen, hat dabei die Lage n', die Höhenlage des Rückführpunktes ist z = o. Am Ende der zweiten Phase arbeitet die Turbine in dem Betriebspunkte a = o,o6, A, = o; die entsprechende Stellung des Getriebes ist in Abb. 7 ebenfalls gestrichelt gezeichnet; der Punkt, in dem die drei Lenker zusammenlaufen, hat dabei die Lage yi', während die Höhenlage des Rückführpunktes unverändert z = o ist.The mode of operation of the transmission is as follows. That of the drawn Position (a = o, 8, A, = o, 5) corresponding operating point is in the power field (Fig.6) specified; it lies on the allocation line drawn in dashed lines and corresponds to a steady state at the power N = o.61. if the turbine of this State from suddenly being completely relieved, it works at the end of the first Phase (if one of the minor ones, which occurred during the first phase Excluding the closing movement of the rotor blades) in the one also indicated in Fig. 6 Operating points a = o, 24, A. = o, 5. The corresponding position of the gearbox is in Fig.7 shown in dashed lines; the point at which the three links converge, has the position n ', the height of the return point is z = o. At the end of the In the second phase, the turbine works at the operating points a = o, o6, A, = o; the corresponding The position of the transmission is also shown in dashed lines in Fig. 7; the point, in which the three links converge, has the position yi ', while the altitude of the return point is unchanged z = o.

Bei der gezeichneten Stellung des Getriebes mit a = o,8, Z, = o,5 ist das Übersetzungsverhältnis, mit dem bei feststehendem Leitschaufelkolben eine Verstellung des Laufschaufelkolbens auf den Rückführpunkt übertragen wird, positiv; man erkennt aus-der Abbildung leicht, daß bei festgehaltenem Punkt x1 eine Verschiebung des Punktes y1 im Sinne eines wachsenden # eine Vergrößerung von z bewirkt. In der gestrichelt gezeichneten Stellung mit a = 0,24, # = 0,5 (Punkt ri) ist das Übersetzungsverhältnis negativ, denn hier muß man den Punkt y1 im Sinne eines abnehmenden 2 verschieben, um bei Festhaltung des unteren Endpunktes des linken Lenkers eine Vergrößerung von z zu bewirken.In the illustrated position of the transmission with a = 0, 8, Z, = 0, 5, the transmission ratio with which an adjustment of the rotor blade piston is transmitted to the return point when the guide vane piston is stationary is positive; one can easily see from the figure that, with point x1 fixed, a shift of point y1 in the sense of an increasing # causes an increase in z. In the position shown in dashed lines with a = 0.24, # = 0.5 (point ri) the transmission ratio is negative, because here you have to move point y1 in the sense of a decreasing 2 in order to achieve a To effect enlargement of z.

Um eine genauere Beurteilung der Bewegungsverhältnisse des Getriebes zu ermöglichen, ist die Art, in der bei dem in Abb. 7 gezeichneten Getriebe z von a und 2, abhängt, in Abb.8 dadurch angegeben, daß in das Feld a-A, Linien für gleichbleibende Werte von z eingetragen sind. Ein Vergleich der Abb. 6 und 8 ergibt, daß die Linien z = const. in Abb. 8 sogar besser, als es an sich nötig sein würde, mit den Linien N = const. in Abb. 6 übereinstimmen. Durch das iri Abb. 7 gezeichnete Getriebe wird also nicht nur die für die Verwirklichungen der vorliegenden Erfindung an sich ausreichende Forderung erfüllt, daß die Stellung des Rückführpunktes nur von der Turbinenleistung abhängt und unabhängig davon ist, in welcher Weise diese Leistung erzielt wird, sondern es wird darüber hinaus auch erreicht, daß der Weg des Rückführpunktes proportional der Leitung ist.In order to enable a more precise assessment of the movement conditions of the gear, the way in which z depends on a and 2 in the gear shown in Fig. 7 is indicated in Fig. 8 by the lines for constant values in field aA are entered by z . A comparison of Figs. 6 and 8 shows that the lines z = const. in Fig. 8 even better than it would be necessary per se, with the lines N = const. in Fig. 6. The transmission shown in Fig. 7 not only fulfills the requirement that the position of the feedback point depends only on the turbine output and is independent of the way in which this output is achieved, which is sufficient in itself for the implementation of the present invention, but it it is also achieved that the path of the return point is proportional to the line.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Double controller for Kaplan turbines, which each has a special power piston for the adjustment of the guide vanes and the rotor blades and in which a return movement is transmitted to the control by a gear unit from the guide vane piston and the rotor vane piston, characterized in that this gear unit, for example a Gearbox with three links, of which one (X) is driven by the guide vane piston, the other (Y) is driven by the rotor vane piston and the third (Z) transfers the resulting movement to the return point, is set up in such a way that the transmission ratio with which at stationary guide vane piston (D) an adjustment of the moving vane piston (K) is transmitted to the return (b1), on which, - depends on the position of the guide vane piston (D), in such a way that at least in part of the stroke range of the moving vane piston the transmission ratio at small Guide vane openings is smaller than in large Leitschau rock openings.

2. Double regulator according to claim 1, characterized in that the upper setting ratio is determined by a shaped body (P), which is connected to the return point (b1) connected pin (R) is scanned and the one hand from the guide vane piston (D), on the other hand, is rotated or displaced from the blade piston (K), the two directions of movement from each other different, preferably perpendicular to each other ,, are.

3. Double regulator according to claim r, characterized in that that said transmission ratio, at least in part of the stroke range of the rotor blade piston (K), in the case of small guide vane openings even a different one Has sign than with large guide vane openings.