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Als Umformerregler ausgebildeter Mehrzweckeregler für Dampf- oder
Gasturbinen Gegenstanid der Erfindung ist .die Ausbildung eines als hydraulischer
Umformerregler ausgebildeten Mehrzweckereglers für Dampf-oder Gasturbinen, bei dem
Änderungen der Regelgröße in Druckänderungen eines Steuermittels umgeformt werden
in .der Weise, daß der Regler in, an sich bekannter Weise entweder für Betrieb mit
bleibendem Ungleichförmigkeitsgrad oder für Isodrombetrieb oder für voreilende Regelung
oder für Grund-Lastregelung brauchbar ist, und: zwar geschieht dies gemäß der Erfindung
durch zwei an den Weg des Steuermittels anischaltbare Druckspeicher, deren Einfluß
auf den Regelvorgang einstellbar ist.
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Die Erfindung unterwirft diesen Regler einer Eingtellbarkeit der Arbeitsweise
auf bleibendem Ungleichförmigkeitsgrad oder für Isodrombetrieb oder für voreilende
Regelung oder für Grundlastregelung und führt dazu zwei in den Weg des Steuermittels
einschaltbare Druckspeicher ein, die durch Ventile so regelbar sind, daß der eine
der beiden Speicher an den Zweitdruckweg hinter dem Zweitdruckraum anschiießbar
ist zu dem Zweck, eine Verzögerung des Schlusses der Regelbewegung und damit ein
Überregeln zu bewirken; oder daß der andere Druckspeicher an eine Ausgleichsleitung
anschließbar ist, die den Zweitdruckraum mit einem Gegen@druckraum verbindet.
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Die Fig. z und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Fig. I zeigt einen Schnitt durch den gesamten
Regler,
Fig.2 stellt die Druckspeicher mit ihren Ventilen und Schaltungsmöglichkeiten dar.
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Die Kraftmaschine, eine Turbine, treibt gemäß Fig. i mit ihrer Welle
io das Schleuderrad 13 einer hydraulischen Druckpumpe zur Förderung einer Druckflüssigkeit
an. Diese wird über eine Öffnung 14 dem Druckkanal 15 zugeführt. Ihr Druck ist von
dem Gegendruck abhängig, der vom Kanal 16 erzeugt wird und der, da er niedriger
aI,; der Förderdruck der Pumpe 13 ist, das Entweichen von Druckflüssigkeit gestattet.
Die Druckflüssigkeit wird in dem Kanal 15 dem Umformer 17 zugeführt, der die Umformung
in einen Zweitdruck für die Betätigung des Servomotors i 8 besorgt. Der Servomotor
18 ist in üblicher Weise .durch das Hebehv erk i9 mit dem Einlaßventil der Kraftmaschine
verbunden.
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Der Druckumformer 17 ist mit einer Kamrner 22 versehen, in die das
Drucköl durch den Kanal 15 gelangt und deren oberes Ende durch die Membran
23 abgeschlossen ist. Das obere Ende einer Zugfeder 26 ist über eine Abstiitzplatte
25 an die Membran angeschlossen, und das untere Ende der Feder ist mit einem einstellbaren
Federteller 27 verbunden, an: dem das Drehzahlverstellglied angreift.
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Die Abstützplatte 25 trägt an der Stelle 35 das Spurlager eines Flügelrades
37, das durch Drehung des mit ihm verbundenen Steuerschiebers 36 dessen Reibung
der Ruhe beseitigt. Der Steuerschieber 36 hat einen oberen. und einen unteren. Steuerkolben
38 und 3.9. In der Mittelstellung überdeckt der obere Steuerkolben 38 die Drucköffnung
.l0 und der untere Steuerkolben 39 die AuStTittsöffnung 4i der Zweitdruckflüssigkeit.
Der Steuerschieber schließt zwischen den Steuerkolben 38 und 39 die-Zweitdruckkammer-12
ein. Die Drucköffnung 4o steht mit einer Druckflüssigkeitsduelle, z. B. über den!
Kanal 4oa mit dem Laufrad 13 der Druckölpumpe, in Verbindung. Der Zweitdruck wird
durch die Stellung des Steuerschiebers 36 gegenüber der Drucköffnung 40 oder der
Austrittsöffnung 41 gesteigert oder verringert und dann dem Servomotor 18 von der
Kammer 42 durch die Leitung 44 zugeführt. Das Gehäuse 2o des Umformers steht auch
durch einen Kana145 mit einer Anzapfsteuereinrichtung in Verbindung, für den Fall,
daß der Mehrzweckeregler an einer Anzapfturbine arbeitet.
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Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Einrichtung ist folgende:
Wenn: sich der Erstdruck in dem Kanal 15 in Abhängigkeit von der Drehzahl und Belastung
.der Maschine ändert, so ändert sich auch die Wirkung zwischen diesem Druck und
der entgegengesetzt wirkenden Kraft der Feder 26. Damit wird: die Abstützplatte
25 der %Iembran 23 und damit auch der umlaufende Steuerschieber 36 gehoben oder
gesenkt, wodurch der Zweitdruck geändert und der Servomotor 18 in Wirksamkeit gesetzt
wird.
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Zur Steuerung des Servomotors 18 ist eine Druckkammer 47 vorhanden,
die durch eine obere und untere _@Iembran .IS und 48a begrenzt ist. Die obere "Membran
freist dabei einen kleineren Durchmesser auf als die untere. Zwischen diesen beiden
Membranen befindet sich eine Abstützplatte .19, auf die der durch die Zuleitung
44 eingeführte Zweitdruck einwirkt. Mit dieser Platte ist eine Schieberhülse
5o verbunden-, die sich in die Druckkammer 5 i erstreckt, der Druckflüssigkeit durch
das Laufrad 13 der Druckpumpe über den Kanal 52 zugeführt wird.
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Das untere Ende der Schieberhülse 5o liegt in der Ruhelage in einem
bestimmten Abstand vom oberen Ende des Steuerschiebers 53. Der Steuerschieber 53
des Servomotors gleitet in. einer Büchse 54 und weist, wie üblich, einen oberen
und einen unteren Steuerkolben 55 und 56 auf, die in der Ruhelage die Drucköffnungen
57 und 58 überdecken. Der dazwischenliegende Raum 59 steht hierbei mit der Austrittsöffnung
6o in Verbindung.
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Der Arbeitszylinder 61 des Servomotors 18 weist die üblichen Einlaß-
und: Auslaßkanäle 62 und: 63 auf, die mit den Öffnungen 64 und 65 in der Steuerschieberb:üchse
54 in. Verbindung stehen. Der Kolben 66 des Servomotors ist mit der Kolbenstange
67 verbunden, die über einen Hebel i9 auf das Einlaßventil der Maschine arbeitet.
An der Kolbenistange 67 greift ein zweiter Hebel 68 an, der bei 69 drehbar gelagert
und ar. dessen oberem Ende die Feder 72 befestigt ist, die ihrerseits wieder mit
der Schieberhülse 5o in Verbindung steht (isod@rome Rückführung).
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Gegen das untere Ende des Steuerschiebers 53 drückt eine Feder 79,
der sich unter dem Einfluß der einander entgegenwirkenden Kräfte dieser Feder einerseits
und des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 51 anderseits einstellt.
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Die Wirkungsweise dieses Teiles des Reglers ist folgende: In der Ruhelage
des Steuerschiebers 53 halten der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 51 und die auf
das untere Ende des Steuerschiebers wirkende Kraft der Feder 7 9 einander das Gleichgewicht,
wobei Druckflüssigkeit durch die Bohrung 53a dauernd in gewisser Menge abließt.
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Wenn sich der der Druckkammer 47 durch die Leitung 44 zugeführte Zweitdruck
ändert, bewegt sich die Schieberhülse 50, so daß auch eine Bewegung des Steuerventils
53 hervorgerufen
wird. Wenn sich die Hülse 5o nach unten bewegt,
dann wird dadurch das Entweichen von Druckflüssigkeit aus der Kammer 51 verringert,
so daß durch den in der Kaminer 51 sich steigernden Druck der Steuerschieber nach
unten bewegt wird. Andererseits verringert sich bei der Aufwärtsbewegung der Hülse
5o der Widerstand gegen: das Entweichen der Druckflüssigkeit aus der Kammer 51,
'so daß der Druck in ihr herabgesetzt, seine Wirkung auf das obere Ende des Steuerschiebers
53 verringert und der Steuerschieber durch die überwiegende Kraft der Feder 79 nach
oben bewegt wird.
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Es bilden also die Membranplatte 49, die Sch.ieberhülse 5o, die Druckkammer
51, das obere Ende des Steuerschiebers 53 und die Ventilwirkung zwischen der Hülse
50 und dem oberen Ende des Steuerschiebers 53 ein Relais, das auf kleine
Änderungen des Zweitdruckes anspricht und die Drücke auf den Steuerschieber 53 so
steuert, d aß dieser so bewegt wird, wie es die Stellung der Schieberhülse 5o infolge
der Änderung des Zweitdruckes zuläßt. Diese Steuerung ist durch -die Wirkung der
Differenzdrücke außerordentlich empfindlich.
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Es können auch andere Kräfte auf die Steuerung des Steuerschiebers
53 einwirken, beispielsweise kann Drucköl durch den Kanal 81 eingeleitet werden,
der mit dem unteren Membranteil 48a in Verbindung steht. Diese Maßnahme kann .dann
angewendet werden, wenn der Regler dem Entnahmedruck ausgesetzt werden soll, also
an einer Entnahmeturbine arbeitet.
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Gemäß der Erfindung soll der Umformer für verschiedene Arten--der
Regelung, nämlich Normalregelung, voreilende Regelung, Grundlastregelung oder isodrome
Regelung, dadurch geeignet gemacht werden., daß zwei an: den Weg des Steuermittels
anschaltbare Druckspeicher vorgesehen sind, deren Einfluß auf den Regelvorgang einstellbar
ist. Dies ist so ausgeführt, daß an die vom Steuerschieber 36 beherrschten Ölwege
gemäß Fig.2 über Kanäle zwei Druckspeicher 89 und ggi angeschlossen sind, deren
einer, 89, an den Zweitdruckweg 44 hinter dem Zweitdruckraum 85 anschließbar ist
zu dem Zweck, eine Verzögerung des Schlusseis der Regelbewegung und damit ein Überregeln
zu bewirken und deren anderer, 99, an eine Ausgleichsleitung 96 anschli,eßbar ist,
die den Zweitdruckraum 85 mit einem Gegendruckraum 86 verbindet.
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Der obere Steuerkolben 38 des Steuerschiebers, 36 weist gemäß Fig.
2 die Fläche 83 auf, die eine obere Druckkammer 8,5 abschließt, und der untere Steuerkolben39
besitzt eine untere Fläche 84, die die untere Drückkammer 86 abschließt. Ein Kanal
87 stellt die Verbindung mit dem Zweitdruckraum 42 (Fig. i) her. Der Druck ist durch
ein Nadelventil 88 regelbar. Der Druckspeicher 89 ist durch einen Kanal mit dem
Ventil 9 i mit: der oberen Druckkammer 85 verbunden. An dieses ,ist ein weiterer
Kanal 92 mit seinem Ventil 93 angeschlossen, der mit,der Zuführungsleitung
44 des durch den Steuerkolben 36 gesteuerten Zweitdruckes sowie mit dem Membranraum
47 zur Beeinflussung des Vorsteuerschiebers 53 des Servomotors in; Verbindung steht.
Ein vierter Kanal 94 verbindet diese Leitung mit dem Zweitdruckraum 42 und enthält
ein einstellbares Naidelventi195.
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Für den Fall der normalen Regelung bleibt die Verzögerungswirkung
des Druckspeichers 89 ausgeschaltet; sie kann aber auf die obere Druckkammer
85 ausgeübt werden, wenn voreilende Regelung- erwünscht isty oder sie kann auf die
Zuführungsleitung 44 ausgeübt werden, wenn Grundlastregelung erwünscht -ist.
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Für die normale Regelung würdenr dabei die Ventile 88 und 95 voll
geöffnet sein:, während die Ventile 9i und 9-3 geschlossen sind:, wodurch die Einwirkung
des Zweitdruckes auf die obere Fläche 8.3 des Steuerschiebers ohne Nacheilung oder
Verzögerung gewährleistet ist. Wenn sich der Erstdruck ändert, ändert sich auch
der Zweitdruck, weil die Meinbranfläche 25 gemäß Fig. i und die Steuerkolbenfläche
83 gemäß Fig.2 die Drücke in einem festen Verhältnis zueinander halten, da der Erstdruck
auf :die Fläche 25 durch den Zweitdruck auf die Fläche 83 ausgeglichen ist. Steigt
also der Erstdruck, so steigt auch der Zweitdruck. Durch geeignete Wahl dieser Flächen
hät also eine Änderung des Erstdruckes eine gleichzeitige stärkere Änderung des
Zweitdruckes zur Folge.
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Für die voreilende Regelung, die bei großen Laständerungen erwünscht
ist, ist das Ventil 88 so eingestellt, daß eine Drosselung zwischen dem Zweitdruckraum
42 und der oberen) Druckkammer 85 entsteht. Das Ventil 9i ist geöffnet, so d:aß
eine Verbindung zwischen dem Druckspeicher 89 und der oberen Kammer 85 des Steuerschiebers
hergestellt ist, während -das Ventil 93 geschlossen ist, um den Kanal 9.2 abzuschließen.
Das Ventil 95 ist hingegen geöffnet, um die Zweitdruckleitüng 44 offen zu halten.
Diese Einstellung der Ventile bringt die obere Kammer 85 unter die Verzögerungswirkung
des Druckspeichers 89, und zwar dadurch, daß die Druckänderung in der Kammer 85
gegenüber der Druckänderung in dem Z"veitdruckraüm 42 nacheilt. Dies bewirkt eine
voreilende Druckänderung in der Zuführungsleitung 44, die die Drücke zum Vorsteuerschieber
53 des Servomotors vermittelt.
Um die verzögernde Wirkung des Druckspeichers
89 auf die Zuführungsleitung -.I auszuüben, was in Verbindung mit der Grundlastregelung
erwünscht ist, wird die Schaltung folgendermaßen gehudert: Das Ventil
88 ist offen, das Ventil 95 wird auf Drosselung eingestellt"cl:as
Ventil 93 ist offen und das Ventil gi ist geschlossen, so daß eine gedrosselte Verbindung
zwischen dem Zweitdruckraum d.2 und der Zuführungsleitung .4d. hergestellt wird
und der Druckspeicher 89 mit der Zweitdruckleitung .Id. durch den Kanal 92 über
das Ventil 93 in Verbindung steht.
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Der Umformer ist auch noch mit einem fünften Kanal 96 versehen, der
die obere Druckkammer 85 und die untere Druckkammer 86 miteinander verbindet und
ein einstellbares Nadelventil 97 und ein Absperrventil 98 enthält. Ein zweiter-
Druckspeicher 99 ist mit dein Kanal 96 zwischen dem Nadelventil 97 und der
unteren Kammer 86 verbunden. Um den Regler für die isodrome Regelung einzustellen;
wird das Ventil 98 und das Ventil 97 so eingestellt, daß die Verzögerungswirkung
des Druckspeichers 99 auf die untere Druckkammer 86 ausgeübt wird, wodurch
eine gewünschte Nacheilung des Druckes in der unteren Kammer 86 gegenüber der oberen
Kammer 85 gewährleistet ist. Außer der Öffnung des Ventils 98 und der Einstellung
des Ventils 97 wird das Ventil 88 voll geöffnet, so daß der oberen Druckkammer 85
der Zweitdruck ohne Nacheilung zugeführt wird, die Ventile gi und 93 sind aber geschlossen,
um den Erstdruckspeicher 89 sowohl von der oberen Kammer 85 als auch von der Zuführungsleitung
.4d. zu trennen. Das Ventil 95 ist selbstredend- wieder voll geöffnet, um die Verbindung
zum Vorsteuerschieber des Servomotors frei zu halten.
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Das Ventil ist vorzugsweise nicht nur zum Öffnen und Schließen des
Kanals 96 angeordnet, sondern. auch zur Regelung der Verbindung der unteren Kammer
86 finit einem Ablaßkanal ioo. Zti diesem Zweck ist das Ventil c}8 als Kolbenschieber
ausgebildet und hat -zwei Steuerkolben ioi und 10z, die zum Öffnen und Schließen
des Kanals 96 sowie zum Öffnen und Schließen des Ablaßkanals ioo dienen. Wenn sich
der Steuerkolben ioi in der den Kanal 96 abschließenden. Stellung befindet,
dann gibt vier Steuerkolben io2 der unteren Kammer 8(i den. Weg zum Ablaßkanal ioo
frei, und wenn der Steuerkolben ioi so bewegt, wird, daß er den Kanal 96 vollkommen.
öffnet, dann schließt er den Ablaßkanal ioo ab. Die Trennung der Steuerkolben: ioi
und io2 zur einzelnen Steuerung der Kanäle in der angegebenen Weise gewährleistet
auch eine teilweise Öffnung des Kanals 96 und eine teilweise Verbindung der unteren
Kammer 80 mit dein Ablaßkanal, so daß der von der oberen Kammer 85 der Kammer
86 zugeführte Druck verringert wird. Durch eine weitere Öffnung des Steuerkolbens
ioi wird der Druck in der unteren Kammer 86 dein der oberen Kammer 85 mehr angenähert,
bis das Ventil 98 völlig offen ist und der Steuerkolben io2 den Ablaßkanal
völlig, abschließt,- so daß der Druck in der unteren Kaininer dem in der oberen
Kammer gleich ist und somit eine volle Isodromie erzielt wird.
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Die normale, voreilende und Grundlastregelung ist sich darin gleich,
daß der Bereich der Regelung von Leerlauf bis Vollast reicht. Die voreilende Regelung
wird dann verwendet, wenn grobe Laständerungen auftreten, die ein Überregeln des
Einlaßventils wünschenswert erscheinen lassen, damit ein vorzeitiges Eröffnen bzw.
Schließen des Einlaßventils im Sinne der Laständerung eintritt. Bei der Grundlastregelung
besteht die Forderung, die Verzögerungswirkung des Druckspeichers 89 auf die Zuführungsleitung.a
f des Zweitdruckes zu übertragen, uin Frequenzschwankunber_ zu unterdrücken und
zu verhindern, daß der Regler darauf anspricht. Bei der isodromen Regelung arbeitet
die Turbine bei jeder Last mit der gleichen Geschwindigkeit, da die obere und die
untere Kolbenfläche 83 und 84 des Urnformersteuerschiebers gleich sind und der einzige
sich ändernde Faktor der Einfiuß des primären Druckes ist. Daher muß, um ein Gleichgewicht
wischen diesem und dem Zweitdruck herzustellen, der Erstdruck immer wieder auf seinen
normalen Wert entsprechend einer konstanten Geschwindigkeit gebracht werden. Dazu
dient die Drosselung des Kanals 96 und die Verzögerungswirkung des Druckspeichers
99, die auf die untere Kammer 86 während des Übergangs von einer Belastung auf eine
andere einsetzt, wobei ein vorübergehender Geschwindig1c2itswechsel stattfindet,
dein eine endgültige Einstellung der Regelung folgt, um die Drehzahl der Turbine
bei der neuen Belastung wieder auf den ursprünglichen Wert zu bringen. Die isorrlrome
Regelung stellt einen besonderen Fall der Geschwindigkeitseinstellung oder -berichtigung
dar, wobei die vollstündige Geschwindigkeitsberichtigung oder -einstellung in Verbindung
mit Belastungsänderungen erfolgt. Wie schon gesagt, kann. das Ventil 98 so eingestellt
werden, daß eine gewünschte Geschwindigkeitsberichtigung gewährleistet und die Geschwindigkeitsberichtigung
wirksam oder unwirksam Beinacht wird. Wenn dieses Ventil so eingestellt ist, daß
der Kanal 96 unterbrochen und die untere Druckkammer 86 mit dein
Ablaßkanal
verbunden: wird dann ist die Geschwindigkeitsberichtigung unwirksam, wobei der Regler
nur für die normale, voreilende und Gründlastregelung betrieben werden kann. Wenn
das Ventil 98 aber so eingestellt ist, daß eine Verbindung zwischen der oberen und
unteren, Druckkammer des Umformersteuerschiebers hergestellt *ird, dann ist die
Geschwindigkeitsberichtigung wirksam, wobei der Grad der Geschwindigkeitsberichtigung
durch die Einstellung des Ventils zur Drosselung der Verbindung der unteren Kammer
mit dem Ablaßkanal bestimmt wird und wobei die Einschränkung dieser Verbindung eine
immer größere Geschwindigkeitsberichtigung ergibt, bis, wenn die Verbindung des
Ablaßkanals gänzlich unterbrochen ist, die isodrome Regelung gewährleistet ist.
Das Ventil 98 ermöglicht somit den Übergang von einer gewöhnlichen Regelung, z.
B. der normalem Regelung, auf die isodroine Regelung ohne Stil.lsetzen der Turbine.
Nimmt man, an, daß die Turbine unter normaler Regelung läuft, so ist es, um auf
die isodrome Regelung überzugehen, nur nötig, das Ventil 98 allmählich einzustellen,
so d.aß die Geschwindigkeitsberichtigung allmählich bis zur vollen Berichtigung
entsprechend der isodroinen Regelung erhöht wird.