DE833593C - Hydraulischer Regler für Kraftmaschinen, insbesondere für Dampfturbinen - Google Patents

Description

Der hydraulische Regler tritt l>ei Kraftmaschinensteuerungen, vor allem 'bei Turbinensteuerungen, immer mehr gegenüber dem mechanischen Regler in den Vordergrund. Sein Hauptvorteil diesem gegenül>er liegt in der wesentlich geringeren Trägheit, so daß er Laständerungen schneller folgt. Die meisten hydraulischen Regler bauen sich auf dem Grundgedanken auf, mit der zu regelnden Maschine eine Pumpe in Form einer

ίο Kreiselpumpe oder Zahnradpumpe zu kuppeln und die sich l>ei einer Drehzahländerung einstellenden Änderungen der Druckhöhe zur Abgabe von Regelimpulsen zu verwenden. In neuerer Zeit ist man in der Entwicklung derartiger Regler insofern einen Schritt weitergegangen, als man die von der Pumpe erzeugten Druckänderungen nicht unmittelbar als Regel impulse verwendet, sondern sie in Druckänderungen eines weiteren Flüssigkeitskreis-1 auf es umsetzt. Man hat also 'dann zwei Impulskreisläufe: einen ersten Druckkreislauf von der Pumpe aus und einen zweiten Druckkreislauf hinter einem Druckwandler. Erst die Zweitdruckänderungen geben die eigentlichen !Regelbefehle an eine'Hilf»steuerung weiter.

Von einem derartigen hydraulischen Regler mit Erstdruck- und Zweitdruckkreislauf geht die Erfindung aus, führt jedoch einen grundsätzlichen neuen Gedanken insofern ein, als im Zweitdruckkreislauf eine Druckumkehr vorgenommen wird. Bei steigendem Druck im Erstdruckkreislauf wird der Druck im Zweitdnuckkreislauf entsprechend verringert und umgekehrt erhöht, wenn der Erstdruck sinkt.

Das. Wesen der Erfindung sei zunächst an Hand

der Fig. ι erläutert. Fig. ia zeigt in vergrößertem Maßstab die Einrichtung zur Druckumkehr. Auf der Welle ι der zu regelnden Maschine sitzt eine Kreiselpumpe 2, die in einem Ringraum 3 fördert. Das zur Verstellung des Kraftkolbens 4 benötigte öl wird dem Servomotor über die Leitung 5 zugeführt. 6 ist der Hilfssteuerkolben, der von ol>en her durch eine Feder 7 -und von unter her über die Leitung 8 durch einen Öldruck l>ela,stet ist.

Zur Abgabe der Regelimpulse ist neben der Kreiselpumpe 2 eine weitere Kreiselpumpe 9 auf der Welle 1 vorgesehen, die an die Leitung 10 angeschlossen ist. Diese mündet in den Raum 11 mit der Membran 12. Die Gegenleistung durch den im Raum 11 herrschenden Öldruck wird durch eine Feder 13 gebildet, deren Spannung über die Vorrichtung 14 (Drehzahlverstellvorrichtung) eingestellt werden kann. Die Membran 12 greift an einen l>ei 15 gelagerten Hebel 16 an. der mit einer Hülse 17 einer Ausflußsteuerung verbunden ist. Das Gegenstück zur Hülse 17 wird durch einen Schiel>er 18 gebildet, der in seinem oberen Teil in eine tauchkolbenähnHche Erweiterung 19 ülxrgeht. Hierin ist die Feder 20 untergebracht, die am Holzen 21 angreift und an ihrem ol>eren Ende am Bolzen 22 befestigt ist. Sie wirkt als Zugfeder, d. h. sie ist bemüht, den Schieber 18 nach oben zu ziehen. Das Innere der Hülse 19 steht über die Drosselstelle 23 mit der Leitung 24 in Verbindung, die an die Schnellschlußleitung 25 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Im Gleichgewichtszustand sind die öffnungen 26 im" Schieber 18 und 27 im Schieber 1,7 gegeneinander abgesperrt. Jetzt steigt die Drehzahl der Turbine infolge Verringerung der Last an. Die Folge davon ist, daß der Förderdruck der Regelölpumpe 9 ansteigt, also auch der Druck im Raum 11. Die Membran 12 wind um einen gewissen Betrag zusammengedrückt und damit der Hel>el 16 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn ausgeschwenkt. Die Hülse 17 wird also angehoben und bringt damit die öffnungen 27 mit den öffnungen 26 mehr oder weniger zur Deckung. Es kann jetzt Drucköl, das über die Drossel 23 in das Innere des Tauchkolbens 19 gelangt war, über die Ausflußsteuerung 26, 27 abfließen. Infolgedessen sinkt der Druck im Raum 28 ab. Die Druckabsenkung wirkt sich ül>er die Leitung 8 im Raum 29 unterhalb des Steuerschiebers 6 aus, so daß dieser durch die Belastungsfeder 7 abwärts gedrückt wird. Ii s entsteht jetzt eine Verbindung von der Leitung 5 über die HiIumsteuerung zum Kanal 30, d. h. der Kolljen 4 wird von unten her durch Druck öl belastet, schwenkt den Hebel 31 um seinen Drehpunkt 32 im Uhrzeigersinn aus und schließt dadurch das Ventil 33 um einen gewissen Betrag.

An der Stange 34 des Kolbens 4 ist ein Konus 35 !^festigt, der ül>er den Winkelhebel 36 auf die Feder 7 einwirkt. Bei aufwärts gehendem Kolben 4 hat der Winkelhebel 36 die Möglichkeit, sich entgegengesetzt im Uhrzeigersinn um seinen Festpunkt 37 zu drehen, wol>ei sich gleichzeitig die Feder 7 entspannt. Der Druck im Raum 29 ist jetzt in der Lage, den Steuerschieber 6 wieder in seine Decklage zurückzubringen. Konus 35 und Hel>el 36 stellen also eine Rückführung dar.

Eine 'weitere Rückführung liegt in der Ausflußsteuerung. Es war dargelegt, daß l>ei einem Drehzahlanstieg die Hülse 17 .angehoben wird, so daß die öffnungen 26 und 27 zur Deckung kommen. Es war weiter ausgeführt, daß infolgedessen der Druck innerhalb des hohlen Kolbens 19 absinkt. Jetzt ist die Feder 20 in der Lage, den Schieber 18 anzuheben. Bei dieser Bewegung wird aber die Öffnung 26 gegenüber der Öffnung 27 verschoben, d. h. der öldurchfluß wieder abgesperrt. Es tritt also auch hier ein Rückführungsvorgang ein.

Bei allen Turbinenreglern spielt eine Frage eine besonders wichtige Rolle, nämlich die schnelle Steuenwirkung bei plötzlicher Entlastung. An sich

! ist die Turbine durch, ihren Sicherheitsregler gegen zu hohe Drehzahlen geschützt. Man möchte aber

; nicht, daß bei· einer plötzlichen Entlastung die

! Drehzahl bis zur Sclinellschlußdreheahl ansteigt. Es muß also, wenn man das Erreichen der Schne'll-

' schlußdrehzahl vermeiden will, so rechtzeitig in den ölkreislauf eingegriffen werden, daß die hierdurch erzielte Steuerwirkung zum Abfangen des Drehzahlanstieges ausreicht. Das birgt aber u. a. die Gefahr in sich, daß die ölsäule, die ja eine träge Masse darstellt, l)ei einem zu schnellen Eingriff abreißt. Eine gewisse Stetigkeit des Eingreifens muß daher aufrechterhalten bleiben. Die

j Aufgabe läßt sich nun im Zusammenhang mit einem Regler gemäß der Erfindung l>esonders einfach

ι und sicher lösen, nämlich dadurch, daß man vorü1 >ergehend die Rückführung abschaltet. Ein Mittel hierfür ist ein Anschlag für den Folgekol't>en bzw. für den mit ihm verbundenen Tauchkolben 19. Dann ergibt sich folgendes: Bei dem mit der Entlastung verbundenen starken Drehzahlanstieg steigt entsprechend auch der Förderdruck der Pumpe an. Die Ausfluß öffnungen 26 und 27 der Ausflußsteuerung sind infolgedessen sehr weit freigegeben und lassen viel öl durchtreten. Infolge der hiermit verbundenen Verringerung des Zweitdruckes im Raum 28 würde die Feder 20 den Kolben 18 entsprechend schnell der Hülse 17 nachführen. Das würde aber bedeuten, daß die Steuerwirkung verringert würde und das Einlaßventil der Turbine entsprechend verlangsamt geschlossen würde. Wenn man jedoch durch einen Anschlag die Bewegung des Tauchkoll>ens 19 und damit des Schiebens 18 l>egrenzt, so wird die Rückführung abgeschaltet. Die Absenkung des Zweitdruckes hält an und damit auch die jetzt mit wesentlich größerer Geschwindigkeit verlaufende Schließbewegung des Einlaßventils. Versuche haben gezeigt, daß diese vorübergehende Abschaltung der Rückführung eine ganz wesentliche Verringerung des Drehzahilanstieges der Turbine bei plötzlicher Entlastung gewährleistet.

Die neue Steuerung bietet in sehr einfacher Weise die Möglichkeit, mehrere Regelimpulse wirken zu lassen. Das sei an Hand des Beispieles

der Fig. 2 erläutert. Es sind jetzt zwei Einrichtungen zur Druckumkehr 40 und 41 vorgesehen, die an einer Wippe 43 angreifen. Die Feder 13 ist den beiden Druckumkehrern 40 und 41 gemeinsam zugeordnet. Die Federn 20^fl und 20⁶ sind jedoch im Gegensatz zu Fig. τ nicht an einem feststehenden Bolzen lx"festigt, sondern an den beiden Holzen 44" und 44*, die mit einer Stange 45 gekuppelt sind. 46 ist ein fester Drehpunkt dieser Stange. Am rechten Ende der Stange 45 greift ein zusätzlicher Regler 47 an, der im Ausführungslieispiel den F.ntnahmednuck überwacht. Es ist dalx>i angenommen, daß die Entnahmeregelung mit dem bekannten Strahlrohr arl>eitet, das über einen Druckaufnehmer 48 in Abhängigkeit vom Entnahmedruck verstellt wird. Es sei angenommen, der Entnahmedruck steige an, dann wird das Strahlrohr 49 nach links ausgelenkt, so daß es j der Bohrung 50 gegenüberzuliegen kommt. Das J Drucköl tritt unter den Kolben 51, der entgegen der Kraft der Feder 52 angehoben wird und da- ; durch den Hebel 45 um den Punkt 46 entgegen- j gesetzt dem Uhrzeigersinn ausschwenkt. Feder 20⁶ wird also gespannt, Feder 20" dagegen entspannt, j

Infolgedessen werden in der Steuerung 40 die öffnungen 26 und 27 zur 'Deckung gebracht. Der Druck im Raum 53 sinkt ab, und die Druckabsenlkung pflanzt sich über die Leitung 54 in den Raum 55 unterhalb des Hilfssteuerkolfoens 56 fort.

Dieser KoIIxmi bewegt sich abwärts und gibt dadurch die Verbindung zwischen der Ölleitung 57 und dem Raum 58 ol>erhalb des Kraftkolbens 59 frei. Der Koll>en bewegt sich abwärts und schließt infolgedessen das Errtnahmeventil 60 um eiinen gewissen Betrag. Der l>ereits beschriebene Rückführungsvongang bringt dann die Ausflußsteuerung 40 und 41 wieder in die Ausgangslage zurück.

Bei einem Drehzahlanstieg, bei dem also der Druck im Membranraum 11 geändert wird, erfolgt über eine Bewegung der Wippe 4.3 eine Einstellung beider Ausflußsteuerungen 40 und 41, d.h. es wird sowohl das Einlaßventil 61 wie das Entnahmeventil 60 beeinflußt.

Eine andere Möglichkeit des Eingriffes eines zusätzlichen Impulses ist im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Begrenzung der Leistung gezeigt. Eine Membran 62 überwacht den Druck an einer Stelle des Entspannungsverlaufes der Turbine und arbeitet mit einem federl>elasteten Kolben 63 zusammen, der über den Hebel 64 mit der Membran 12 verbunden ist. Steigt der überwachte Druck üit>er einen bestimmten Wert an, so wird in der HilfsSteuerung 65 der Abfluß freigegeben. Der Geigendruck gegen die Feder in der Vorrichtung 63, erniedrigt sich, und es wird auf der Wippe 43 in gleicher Weise eine Bewegung übertragen, als wenn der Öldruck infolge Drehzahlanstieges gewachsen wäre, d. h. die Dampfzufuhr zur Turbine wird verringert und damit die Leistung begrenzt. Man könnte naturgemäß auch andere Impulse in dieser Weise einwirken lassen, z. B. den Gegendruck oder den Frischdampfdruck.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hydraulischer Regler für Kraftmaschinen, inst ^sondere für Dampfturbinen, mit einer Kreiselpumpe zur Erzeugung eines sich mit der Drehzahl ändernden Erstdruckes und einer Membran zur Umwandlung der Erstdruckänderungen über Zweitdruckänderungen in Steuerbewegungen einer HilfsSteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Membran und Hilfssteuerung eine Einrichtung zur 'Druckumkehr (Umwandlung eines steigenden Erstdruckes in einen fallenden Zweitdruck und umgekehrt) zwischengeschaltet ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung der Erstdruckänderungen in Zweitdruckändierungen eine Ausflußsteuerung dient, deren einer steuernder Teil mit der Membran gekuppelt ist, während der zweite Teil nach Art eines federbelasteten Folgekolbens ausgebildet ist.

3. Regler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Folgekolben (18) in einen Tauchkolben (19) übergeht, der insbesondere gleichzeitig zur Aufnahme der Belastungsfeder (20) dient und über dessen Inneres die zur Erzeugung des Zweitdruckes dienende Steuerflüssigkeit zugeführt wird, während eine mit dem Hohlraum des Tauchkolbens in Verbindung stehende Leitung (8) zu einem federl >elasteten Hilfssteuerkolben (6, 7) führt.

4. Regler nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, 'daß an die Zweitdruckleitung (8) die zum Schnellschluß führende Steuerleitung (24) angeschlossen ist.

5. Regler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Anschlag für den Folgeschieber (18) zur vorübergehenden Ausschaltung der Rückführung bei plötzlicher Entlastung der Turbine.

6. Regler nach Anspruch 1 für Turbinen, auf die mehr als ein Regelimpuls einwirkt, z. B. für Entnabmekondensationsturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausflußsteuerungen in Parallelschaltung an einem Verbindungsglied (Wippe 43) angelenkt sind und die Belastungsfedern (20", 20*) an einen schwenkbar gelagerten Heikel (45) angreifen, der durch einen Impulsgeber, insbesondere Druckregler (47bis52), verstellbar ist.

7. Regler nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Membran (12), auf die der Erstdruck einwirkt, ein weiterer Regler, z. B. eine Vorrichtung zur Leistungsbegrenzuing, zur Überwachung des Gegendruckes oder des Frischdampfdlruckes od. dgl., am Steuerglied (Wippe 43) für die Ausflußsteuerung angreift.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3420 2.