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Hydraulischer Kraftmaschinenregler Die Erfindung macht sich zur Aufgabe,
einen hydraulischen Kr.aftmaschinenregler zu schaffen, mit welchem die meisten beim
Betrieb einer Kraftmaschinenanlage vorkommenden Regelaufgaben gelöst werden können.
Die bisher bekanntgewordenen hydraulischen Regler sind immer nur auf die eine oder
andere spezielle Regelaufgahe abgestellt, können ,also nicht gewissermaßen als Universalregler
serienmäßig hergestellt und .auf Lager bereitgehalten werden.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist im vorliegenden Falle,ein Regler,
bei welchem zwei von einem gemeinsamen Antriebsorgain der Maschine ,angetriebene
Zahnradpumpen in der Weise Verwendung finden,' daß die infolge Drehzahländerungen
auftretenden Druckälnderungen auf der Förderseite der einen Pumpe den Steuermittelablauf
auf der Förderseite der ,anderen steuern, wobei die auf dieser Seite eintretenden
Druckänderungen zur Steuerung des oder der zu regelnden Organe benutzt werden. .
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht nun lerfindungsgemäß darin, daß die genannten
Pumpen m einem gemeinsamen Gehäuse, jedoch getrennt voneinander, alngeordnet werden.
Diese Bauweise erschließt sogleich alle Möglichkeiten der Verwendung für die verschiedensten
Regelaufgaben. Alle diese Fälle laufen fast immer darauf hinaus, den zur Steuerung
des oder der zu regelnden Organe dienenden Druck durch eine zusätzliche Steuermittelablaufstelle
oder eine regelbare Steuermitteldurchlaufstelle zu beeinflussen. Eine derartige
Beeinflussung des Druckes läßt sich bei der oben angegebenen Anordnung der Pumpen
in jedem gewünschten Umfange sofort durchführen, wenn. man für diesen Zweck die
die Zahnräder tragenden Spindeln oder die das gemeinsame Antriebsorgan für die Pumpen
tragende Spindel in geeigneter Weise durchbohrt und mit entsprechenden Vorrichtungen
zum Verändern des Auslaß- bzw. Durchtrittsquerschnittes der Bohrungen versieht.
In diesem Zusammenhange erkennt
man, welche Bedeutung der getrennten
Anordnung der Pumpen in einem -gemeinsamen Gehäuse zukommt. Würde man, wie es bekannt
ist, die-Zahnräder der Pumpen so anordnen, daß sie Planetenräder bilden, die von
einem in der Mitte liegenden Sonnenrad sämtlich ihren Antrieb erhalten, so würde
man für den vorstehend angegebenen Zweck bei Verwendung vorn beispielsweise zwei
Pumpen nur drei Zapfen oder Spindeln zur Verfügung haben, die mit Bohrungen versehen
-werden könnten, denen-,eine Vorrichtung zum Verändern des Auslaß- oder Durchtrittsquerschnttes
zugeordnet werden körmte. Folgt man dagegen dem einleitend angegebenen Grundgedanken
der vorliegenden Erfindung, und ordnet man die beiden Pumpen getrennt in einem gemeinsamen
Gehäuse an, so hat man vier Pumpenwellen. 'und die Welle des Antriebsrades zur Verfügung,
.die angebohrt und mit Steuerorganen versehen werden können. Man hat also hierbei
die Möglichkeit, wie ,aus den späteren Ausführungen noch näher hervorgeht; drei
zusätzliche Regelimpulse zur Einwirkung zu bringen, während man bei einer Planetenradanordnung
nur über eine einzige solche Möglichkeit verfügen kann. Die Folge ist, daß der neue
Reglertatsächlich den meisten vorkommenden Anforderungen genügen kann, was bei.
Anwendung der erwähnten Pianetenradanordnung ausgeschlossen ist.
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Die Bedeutung der getrennten Anordnung der Pumpen innerhalb eines
gemeinsamen Gehäuses geht aus den Abbildungen und den hierauf bezugnehmenden nachfolgenden
Erläuterungen noch näher hervor. Die' Abbildungen zeigen, wie man tatsächlich mit
ein -und demselben Regler die verschiedenartigsten Regelaufgaben ohne Schwierigkeiten
bewältigen kann. Dabei ist der grundsätzliche Aufbau hinsichtlich der Anordnung
der Zahnradpumpen in allen Fällen der gleiche. Ein Unterschied in den Abbildungen
besteht im wesentlichen nur darin, daß mehr oder weniger Spindeln durchbohrt -und
mit Vorrichtungen zum Verändern des Durchtritts- bzw. Auslaßquerschnittes dieser
Bohrungen versehen sind und auf diese Vorrichtungen je nach der zu lösenden Regelaufgabe
entsprechende Zusätzimpulsgeber einwirken.
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Diese Regelaufgaben, die mit den verschiedenen Ausführungsformen des
neuen Reglers bewältigt werden, sind in -den beiliegenden Zeichnungen durch besondere
Regelschemata angedeutet (Fig.2a, 3a, q.a und 5.a). Die ausgewählten Regelfälle
bieten in keiner fiinsichtetwas Neues und sind in der Kraftwerksregeltechnik durchaus
bekannt und geläufig. In allen Fällen sind die Stellen, vorn denen Regelimpulse
.abgeleitet werden, mit den Stellen, ,auf die die Impulse zur Einwirkung gelangen,
durch einen gestrichelten Linienzug verbunden. Die in diesem Linienzug jeweils eingefügten,
in -einen Kreis hineingesetzten Vorzeichen geben darüber Aufschluß, wann das betreffende
Ventil, zu dem die Impulsleitung hinführt; geöffnet wird, d, h. ob .das Öffnen des
Ventils bei steigendem oder fallendem Druck .erfolgt. Ein Öffnen bei steigendem
Druck ist durch in Pluszeichen, ein Öffnen bei ,sinkendem Druck durch ein Minuszeichen
angedeutet.
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Fig. i zeigt den einfachsten Fall, bei welchem ein Ventil, beispielsweise
das Dampfeixilaßventileiner Dampfturbine, drehzahlabhängig geregelt wird. Die wese;nelichen
Teile der Regeleinrichtung sind zwei Zahnradpumpen, die in einem gemeinsamen Gehäuse
i untergebracht sind. Die eine dieser Pumpen wird von den Zahnrädern 2 und 3; die
,andere von Zahnrädern 4 und 5 gebildet. Die genannten Zahnräder sind auf entsprechende
Spindeln .6 bis 9 aufgesetzt: Der Antrieb der beiden Pumpen erfolgt von einer Spindel
i o aus, die ein Zahnrad i i -trägt, welches gleichzeitig mit zwei Antriebsrädern
12 und 13 im Eingriff steht. Die beiden zuletzt genannten Räder sitzen .auf dein
Spindeln 7 und B. Die beiden Pumpen erhalten auf diese Weise gemeinsam ihren Antrieb
von der Spindel io. Die im linken Teil der Abbildung dargestellte Pumpe, die der
Einfachheit halber als Pumpe I bzw. als erste Pumpe bezeichnet werden soll, saugt
durch die Öffnung i ¢ an und drückt das Steuermittel, beispielsweise Öl, durch die
Öffnung 15 in :einen Kanal 16. Dieser mündet in die Ringnut 17 ein, so daß das geförderte
Öl durch die Bohrung 18 schließlich in die Boh- i rung 19 der Spindel 6 gelangt.
Die Bohrung ig ist an ihrem oberen Ende durch eine einstellbare Nadel 2o o. dgl.
mehr oder weniger abgeschlossen, so daß ein Teil des geförderten Öles an dieser
Stelle austreten kann. Der Auslaßquerschnitt ,an dieser Stelle kann durch ein Handrad
2o' o. dgl. eingeregelt werden. Die Bohrung i 9 steht an ihrem unteren Ende mit
einer Querbohrung 21 in Verbindung. Die Querbohrung 21 mündet in einer Ringkammer
22, die durch eine Bohrung 23 mit der Ringkammer 24 verbunden ist. In diese Ringkammer
mündet wiederum eine Querbohrung 25 ein, die mit der Bohrung 26 in der Spindel?
verbunden ist. An ihrem oberen Ende mündet diese Bohrung schließlich in den Raum
27 aus. über den oberen Teil der Spindel 7 -steine Hülse 28 gesetzt, die von oben
her durch eine Feder 29. belastet ist. Die im rechten Teil der Abbildung dargestellte
zweite Pumpe saugt bei 30 an und drückt das geförderte Steuermittel in
eine
Bohrung 3 r hinein, die mit der Bohrung 32 in Verbindung steht. Diese Bohrung _endet
auf der einen Seite in einer Ringkammer 33. Von hier .aus gelangt das geförderte
Öl durch eine Querbohrung 34 in der Spindel 7 ineilnen zylindrischen Kanal 3 5,
um schließlich nach Maßgabe der Stellung der Hülse 28 an der Stelle 36 ,auszuströmen.
An das rechte Ende der Bohrung 32 ist eine Leitung 37 ,angeschlossen, die zu einem
Hilfsmotor 38 führt, mit dessen Hilfe das Ventil 39 gesteuert wird.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. Solange
Regelgleichgewicht besteht, befinden sich die Teile des Hilfsmotors in der gezeichneten
Ruhestellung. Das von der Pumpe I geförderte Öl strömt am oberen Ende der Bohnmg
i9 .aus. Hierbei herrscht in der Bohrung rg ein Druck, der durch die Größe des Ausströmquerschnittes,
d. h. durch* die Stellung der Nadel 2o, bestimmt ist. Der gleiche Druck herrscht
in dem Zylinderraum 27. Dieser I3-ruck wirkt der Feder 29 entgegen, wobei die Hülse
28 eine Stellung .einnimmt, bei welcher das von der Pumpe II geförderte Öl mehr
oder weniger gedrosselt durch die Öffnung 36 abströmt. Auf diese Weise bestimmt
.der Förderdruck der Pumpe I ,also den Druck in der Bohrung 32 bzw. in der Leitung
37. Dem in dieser Leitung herrschenden Druck wirkt im Gleichgewichtszustand die
Kraft der auf den Hilfssteuerkolben 40 einwirkenden Feder 41 entgegen.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung beim Auftreten einer
Drehzahländerung bedarf keiner näheren Erläuterung, da hydraulische Regler mit zwei
Zahnradpumpen, von denen die eine den Steuermittelablauf auf der Förderseite der
.anderen steuert, an sich bekannt sind. Die Fig. z ist deshalb im vorliegenden Falle
auch nur so weit für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung, als sie die grundsätzliche
und neue Anodnung der beiden Pumpen in dem gemeinsamen Gehäuseerläutert.
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Die Fig. 2 und 2,a lassen an einer zunächst noch einfachen Regelaufgabe
bereits die Bedeutung der neuen Pumpanordnung deutlich werden. Diese Abbildungen
zeigen eine Reglung, bei welcher ein zusätzlicher Impuls zur Einwirkung gebracht
wird; den mari schlechthin als Söllwertverstellimpuls in bezug auf die Drehzahl
ansprechen kann. Dieser Zusatzimpuls kann insbesondere beispielsweise ejn überströmdruck-
oder Gegendruckimpuls sein. Wie man sich den Regelfäll beispielsweise denken kann,
zeigt die Fig. 2:a. Diese Figur bedarf, da sie unter Verwendung der für die Darstellung
von Dampfschaltungen geläufigen, im Übrigen auch eingangs erwähnten Sinnbilder entworfen
ist, keiner näheren Erläuterung. Zum besseren Verständxiis sei nur gesagt, daß :der
.auf die Anschlußöffnung 42 einwirkende Druckimpuls von der mit dem gleichen Bezugszeichen
versehenen Stolle in Fig. 2a abgeleitet wird. Der Zusatzimpulsgeber 43, der nur
schematisch angedeutet ist, besteht in diesem Falle aus einer Kammer 44, die eine
Wellrohrmembran 45 aufnimmt, welche entgegen der Krafteiner Feder 46 gespannt gehalten
wird.
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An ihrem oberen Ende ist die Wellrohrmembran-durch eine Platte 47
abgeschlossen,. an welcher ein Regelstift 48 befestigt ist. Dieser Stift verschließt
je nach seiner Stellung mehr oder weniger die Bohrung 49 der Spindel g. Wie aus
:der Anordnung ohne weiteres hervorgeht, beeinflußt die Stellung des Stiftes 48
zusätzlich den Druck in der Bohrung 32 bzw. der Leitung 37.
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Die Wirkungsweise der in. Fig.2 dargestellten Einrichtung besonders
zu erläutern, dürfte sich erübrigen. Das, worauf @es bei der dargestellten Anordnung
.ankommt, ist die Anbringung der Bohrung 49 in der Spindel 9 durch die die Einflußnahme
des zusätzlichen Impulsgebers 43 ermöglicht wird.
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Fig.3 zeigt die Anwendung des neuen hydraulischen Reglers für den
Fall einer .
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einfachen Entnahmeregelung, die in Fig. 3a durch ein Dampfschaltbild
ergänzend erläutert ist. Die Ventile 5o und 51 in Fig. 3 entsprechen den mit den
gleichen Bezugszeichen- versehenen Ventilen in Fig. 3 a. Die auf den Zus.atzimpulsgeber
52einwirkenden Impulse werden von der Stelle 53 in Fing. 3a ,entnommen. Die an dieser
Stelle wirkenden Drücke sind also diejenigen, die in dem Innenraum 54 zwischen dein
Membranen bei dem Impulsgeber 52 zur Auswirkung kommen. Bei der in Fig.3 dargestellten
Ausführungsform des Reglers sind abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 2
beide Spindeln 8 und 9 mit Bohrungen versehen. Beide Bohrungen dienen der Beeinflussung
des Druckes in der zu dem Hilfsmotor 5 5 des Ventils 5 z führenden Leitung 56. Der
in der zu dem Hilfsmotor 57 des Ventils 5o führenden Leitung 5 8 herrschende Druck'
ist in diesem Falle der :gleiche wie der in der Bohrung 32. Zwischen dieser Bohrung
und er Leitung 56 ist jedoch eine Drosselstelle eingeschaltet, deren Querschnitt
durch die Nadel 59 geregelt wird: Die Leitung 56 steht mit dieser Drosselstelle,
die an der Stelle 6o liegt, über einen Ringkanal 61, eine Bohrung 62, einen Ringkanal
63 und die Bohrungen 64 und 65 in der Spindel 8 in Verbindung. Oberhalb der Drosselstelle
erfolgt die Verbindung mit der Bohrung 32 durch die Bohrung 66 und den Ringkana167.
Von dem Ringkana16i führt zugleich noch eine Querbohrung 68 zu der
Bohrung
49 in der Spindel 9, die, wie bereits erwähnt, an ihrem oberen Ende durch einen
regelbaren Auslaß mehr oder weniger verschlossen. ist.
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Fig.4 zeigt die Anwendung ges Reglers für den Fall .einer Entnahmegegendruckregelung.
Das entsprechende Dampfschaltbild ist in Fig. 4a dargestellt. Die Ventile 69 und
70 der Fig.4 entsprechen den mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Ventilen
in Fig. 4.a. Die Zusatzimpulsgeber 71 und 72 werden mit dem Druck beaufschlagt,
der an den Stellen 73 bzw. 74 der in Fig. 4.a dargestellten Anlage herrschen. Wie
aus Fig.4 ersichtlich: ist, ist für die Lösung der zugrunde gelegten Regelaufgabe
auch noch die dritte Spindel, nämlich die Antriebsspindel i o; mit einer Bohrung
versehen und nutzbar gemacht. Auf den Druck, der- in der Leitung 75 herrscht, wirken
ebenso wie ,auf den in der Leitung 56 herrschenden Druck bei der Anordnung nach
Fig.3 zwei Zusatzimpulsstellen ein, nämlich einmal die Nadel, die den Durchtrittsquerschnitt
,an der Stelle 76 regelt, und die Nadel, die den Ablaufquerschnitt ;an der Stelle
77 bestimmt. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig.3 besteht darin, daß
der in der Leitung 78 herrschende Druck, der auf den zur Betätigung des Hochdruckventils
69 dienenden Hilfsmotor 79 einwirkt, an einer Ablaufstelle 8o zusätzlich geregelt
wird.
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Schließlich zeigt Fig. 5 noch eine Verwendungsmöglichkeit des neuen
Reglers für einen Fall, der insofern bemerkenswert ist, als drei Hilfsmotoren 81,
82 und 83 von dem Regler gesteuert werden. Hierbei handelt es sich um eine
zweifache Entnahmereglung, wie sie in Fig. 5.a angedeutet ist. Die Ventile;84, 85,
86 der Fig.5 entsprechen den in gleicher Weise bezeichneten Ventilen in Fig. 5a.
Die beiden Zus.atzimpulsgeber 87 und 88 erhalten ihre Impulse von den Stellen des
Dampfnettes, die in Fig. 5 a mit 89 bzw. 9o bezeichnet sind. Auf den Druck, der
den Hilfsmotor 81 steuert, wirkt ein Zusatzimpuls nicht ein. Der den Hilfsmotor
82 steuernde Druck wird zusätzlich durch den Impulsgeber 87 beeinflußt, der den
Durchtrittsquerschnitt -an der Stelle 9z durch Heben und Senken der von ihm bewegten
Nadel9z regelt. Der auf den Hilfsmotor 83 einwirkende Druck unteiliegt zwei zusätzlichen
Beeinflussungen, nämlich dem Zusatzimpulsgeber 88, der durch Heben und Senken der
Nadel93 den Durchtrittsquerschnitt an der Stelle 94 regelt, und zum anderen dem
Einfluß der regelbaren Ablaufstelle 95.
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Mit den vorstehend beschriebenen bzw. in den Zeichnungen dargestellten
Anordnungen erschöpft sich die Verwendbarkein des neuen Reglers noch keineswegs.
Jedenfalls braucht die Zuordnung,der Impulse nicht gerade seine solche zu sein,
wie sie bei den- dargestellte. Beispielen .gewählt ist. Fast bei ,allen Aufgaben,
die regeltechnisch zu lösen sind, hat man die Möglichkeit, diese dadurch zu lösen,
daß entweder nur eine, mehrere oder alle der verfügbaren Spindeln mit Bohrungen
versehen werden und der Durchlauf- oder Ablaufquerschnitt dieser Bohrungen der Einflußnahme
irgendwelcher zusätzlicher Impulse unterworfen wird. Falls erforderlich, kann man
die Spindeln von vornherein mit :den für spätere Zwecke etwa benötigten Bohrungen
versehen und diese Bohrungen vorerst durch Nippel o. dgl.-verschließen. Ebenso kann
man auch .die in dem, Gehäuse im Hinblick auf spätere besondere Verwendungszwecke
notwendig werdenden Länge- bzw. Querbohrungen von vornherein vorsehen und durch
Nippel verschließen.