DE867054C - Device for shortening the positioning times of indirectly acting controllers - Google Patents

Device for shortening the positioning times of indirectly acting controllers

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DE867054C
DE867054C DEB5559D DEB0005559D DE867054C DE 867054 C DE867054 C DE 867054C DE B5559 D DEB5559 D DE B5559D DE B0005559 D DEB0005559 D DE B0005559D DE 867054 C DE867054 C DE 867054C
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DE
Germany
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pressure
piston
control oil
oil pressure
oil
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DEB5559D
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German (de)
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Ulrich Dipl-Ing Senger
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BROWN
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BROWN
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

Vorrichtung zur Verkürzung der Stellzeiten von mittelbar Wirkenden Reglern Das Stellglied von mittelbar wirkenden Regelsystemen wird häufig durch einen Stellmotor betätigt, der aus einem federbelasteten Kraftölkolben besteht, dessen Hub durch einen von den Änderungen der Regelgrößen abhängigen veränderlichen Steueröldruck gesteuert wird. Abb. z zeigt z. B. die Drehzahlregelung für die Düsenventile einer Dampfturbine. Der Drehzahlregler Z steuert in bekannter Weise den Abfluß aus einem Ölsystem, dem Kraftöl von der Pumpe 5 über Blende 6 zugeführt wird, und zwar beispielsweise so, daß bei steigender Drehzahl von Regler r ein Abfluß geöffnet und dadurch der Steueröldruck abgesenkt wird. Dieser veränderliche Steueröldruck wird unter den federbelasteten Kraftkolben 2 des Ventils 3 zugeführt, wodurch die Dampfzufuhr zur Turbine q. in bekannter Weise gesteuert wird. Dieses Regelsystem hat den Nachteil einer verhältnismäßig langen Stehzeit aus folgenden Gründen: Im Beharrungszustand ist die Ölmenge, die durch die Drosselstelle 6 fließt, gleich der Ölmenge, die am Drehzahlregler z abfließt. Sind f6 und f1 die Durchflußquerschnitte der Blende 6 und des Reglers z, so ergibt sich das Verhältnis des Steueröldruckes pst zum Pumpenöldruck Pp aus folgender Gleichung: Wird nun der Abflußquerschnitt f1 am Regler z plötzlich um einen bestimmten Betrag geändert, z. B. geschlossen, so stellt sich der neue Steueröldruck nicht momentan ein, sondern nach einer Zeitfunktion, die abhängig ist von den Querschnitten f1 und f6 sowie von dem Volumen unter dem Ölkolben 2 und der Charakteristik der darüberliegenden Feder. Während dieser Zeit strömt also durch- die Blende 6 mehr Öl zu als am Drehzahlregler i ab, und die Differenz der beiden Ölmengen dient zum Ausfüllen des Raumes unter dem Kraftkolben 2. Die Geschwindigkeit, mit der. der Kraftkolben angehoben wird, ist also abhängig von der Größe der verfügbaren überschüssigen Ölmenge. Ist z. B. vor der Verstellung das Verhältnis und wird es plötzlich auf o;8 verringert, so steigt 'der Steueröldruck von o;5 - pp auf o;6i - Pp. Damit steigt die Maschinenleistung angenähert- von 50 auf 61 °/o der Nennleistung. Die zum Verstellen des Kraftkolbens 2 verfügbare Olmenge beträgt dabei im Augenblick der Verstellung nur etwa 12 °/o derjenigen Menge, die im Beharrungszustand durch die Blende 6 hindurchströmt. Diese überschüssige Menge ist also relativ klein, wodurch sich länge Verstellzeiten-ergeben. Man kann die Stellzeiten abkürzen, indem man bei gleichem Hubvolumen des Kolbens 2 die Querschnitte der Blende 6 und -des Reglers i vergrößert, z. B. verdoppelt, jedoch wird hierdurch der Ölverbrauch der Steuerung auch im Dauerbetrieb verdoppelt; so däß der Verkürzung der Stellzeiten hierdurch konstruktive Grenzen gesetzt sind.Device for shortening the actuating times of indirectly acting regulators The actuator of indirectly acting control systems is often operated by a servomotor consisting of a spring-loaded power oil piston, the stroke of which is controlled by a variable control oil pressure depending on the changes in the controlled variables. Fig. Z shows z. B. the speed control for the nozzle valves of a steam turbine. The speed controller Z controls in a known manner the outflow from an oil system to which power oil is supplied from the pump 5 via orifice 6, for example in such a way that, as the speed of controller r increases, an outflow is opened and the control oil pressure is thereby reduced. This variable control oil pressure is supplied under the spring-loaded power piston 2 of the valve 3, whereby the steam supply to the turbine q. is controlled in a known manner. This control system has the disadvantage of a relatively long idle time for the following reasons: In the steady state, the amount of oil that flows through the throttle point 6 is equal to the amount of oil that flows off at the speed controller z. If f6 and f1 are the flow cross-sections of orifice 6 and controller z, then the ratio of control oil pressure pst to pump oil pressure Pp results from the following equation: If the flow cross-section f1 on the controller z is suddenly changed by a certain amount, z. B. closed, the new control oil pressure is not set momentarily, but according to a time function that is dependent on the cross-sections f1 and f6 and on the volume under the oil piston 2 and the characteristics of the spring above. During this time, more oil flows through the orifice 6 than from the speed controller i, and the difference between the two quantities of oil is used to fill the space under the power piston 2. The speed with which. the power piston is raised, is therefore dependent on the size of the excess amount of oil available. Is z. B. the ratio before the adjustment and if it is suddenly reduced to o; 8, the control oil pressure rises from o; 5 - pp to o; 6i - pp. The machine output thus rises approximately from 50 to 61 per cent of the nominal output. The amount of oil available for adjusting the power piston 2 at the moment of the adjustment is only about 12% of the amount that flows through the diaphragm 6 in the steady state. This excess amount is therefore relatively small, which results in long adjustment times. The operating times can be shortened by increasing the cross-sections of the diaphragm 6 and the regulator i with the same stroke volume of the piston 2, e.g. B. doubled, but this also doubles the oil consumption of the control in continuous operation; so that the shortening of the positioning times are limited by design.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß nach Abb. 2 der vom Drehzahlregler i gesteuerte Öldruck PI nicht direkt unter den Kraftkolben 2 geleitet wird, sondern auf einen Druckwandler 7. Dieser Druckwandler 7 enthält einen Kolben 8, der ein Doppelventil 9 betätigt, das z. B. bei Bewegung des Kolbens 8 nach unten Öl unmittelbar von der Pumpe zum Kraftkolben 2 fließen läßt, während bei Bewegung des Kolbens 8 nach oben der Zufluß geschlossen und von der oberen Kante des Ventils ein Abfluß geöffnet wird. Hierdurch stellt sich unter dem Kraftkolben 2 ein Steueröldruck PI, ein, der auf die Unterseite des Kolbens 8 geführt wird und diesen zurückführt. Beharrungszustand an dem Druck=-wandler 7 tritt ein, wenn der Druck PI über dem Kolben 8 gleich dem Druck pII unter demselben ist. Dabei ist die Zuflußkante des Steuerschiebers 9- gerade so weit geöffnet, daß die Leckölverluste des Kolbens 2 -gedeckt werden: Bei einer plötzlichen Verstellung des Drehzahlreglers i, z. B. im Sinne einer Verkleinerung des Abflußquerschnittes- f1, wird nun der Öldruck PI sehr rasch steigen, da das Hubvolumen des Kolbens 8 nur einen Bruchteil desjenigen des Kraftkolbens ä beträgt. Unter dem Einfluß des ansteigenden Druckes P1 bewegt sich der Kolben 8 sehr rasch nach unten und gibt an der unteren Kante des Steuerschiebers 9 den vollen Durchtrittsquerschnitt für den Pumpenöldruck frei, so däß der Kraftkolben 2 mit großer Geschwindigkeit angehoben wird. Dabei steigt der Druck P, an, bis er den Wert des Druckes PI erreicht. Dadurch wird der Kolben 8 wieder nach oben zurückgeführt und schließt -die Zuflußsteuerkante am Ventil 9 ab.According to the invention, this disadvantage is avoided in that, according to Fig. 2 the oil pressure PI controlled by the speed controller i is not directly below the power piston 2 is passed, but to a pressure transducer 7. This pressure transducer 7 contains a piston 8 which actuates a double valve 9 which z. B. when moving the piston 8 allows oil to flow downward directly from the pump to the power piston 2 while when the piston 8 moves upward, the inflow is closed and from the upper edge of the valve a drain is opened. This places itself under the power piston 2 a control oil pressure PI, a, which is fed to the underside of the piston 8 and returns this. Steady state at the pressure = transducer 7 occurs when the Pressure PI across the piston 8 is equal to the pressure pII below the same. Here is the Inflow edge of the control spool 9- just opened so far that the leakage oil losses of the piston 2 - are covered: In the event of a sudden adjustment of the speed controller i, z. B. in the sense of a reduction of the discharge cross-section f1, is now the Oil pressure PI rise very quickly, since the stroke volume of the piston 8 is only a fraction that of the power piston ä is. Under the influence of increasing pressure P1, the piston 8 moves very quickly downwards and gives at the lower edge of the control slide 9 free the full passage cross-section for the pump oil pressure, so that the power piston 2 is raised at high speed. It increases the pressure P, until it reaches the value of the pressure PI. This will make the piston 8 is returned to the top and closes the inflow control edge on valve 9 away.

Bei plötzlicher Entlastung, d: h. bei plötzlicher Vergrößerung des Abflußquerschnittes am Regler- i, wird I sich der Kolben 8 rasch nach oben bewegen und momentan den vollen Abflußquerschnitt an der oberen Steuerkante des Steuerschiebers g öffnen, wodurch das vom Kolben 2 verdrängte 01 sehr rasch ablaufen und das Dampfventil 3 mit großer Geschwindigkeit schließen kann. Versuche haben gezeigt, daß hierdurch die Stellzeiten der Regelung auf einen Bruchteil derjenigen nach Abb. i herabgesetzt werden können.In the event of sudden relief, i.e. If the flow cross-section at the regulator i increases suddenly, the piston 8 will move rapidly upwards and momentarily open the full flow cross-section on the upper control edge of the control slide g, whereby the 01 displaced by the piston 2 will run off very quickly and the steam valve 3 with a large Speed can close. Tests have shown that this way the control times of the control can be reduced to a fraction of those according to Fig. I.

Die gleiche Anordnung kann natürlich auch auf Regulierungen angewendet werden, bei denen Regler i und Blende 6 vertauscht sind, d. h. bei denen der Zuflußquerschnitt zu dem System P1 veränderlich und der Abflußquerschnitt konstant ist.The same arrangement can of course also be applied to regulations where controller i and diaphragm 6 are swapped, d. H. where the inflow cross-section to the system P1 variable and the discharge cross-section is constant.

Man kann diesen Druckregler nun auch dazu benutzen, um während des Betriebes die Ungleichförmigkeit der Regelung zu beeinflussen. Dies geschieht dadurch, daß man den Öldruck PI nicht direkt auf die Oberseite des Kolbens 7 leitet, sondern eine Blende io dazwischenschaltet, hinter der ein einstellbares Abflußventil ii mehr oder weniger geöffnet werden kann. Je nach Stellung des Abflußventils ii wird nur ein bestimmter Teilbetrag des Öldruckes pI über dem Kolben 7 wirksam, z. B. beträgt der Druck PI. hinter der Blende io nur die Hälfte des Druckes PI, d. h. . Bei geschlossenem Hahn ii ist dagegen pzII gleich PI. Dieses Verhältnis von pi zu P., kann durch die Stellung des Hahns ii leicht geändert werden: Auf die Arbeitsweise der Regeleinrichtung hat die Druckabsenkung mit Hilfe des Hahns ii folgenden Einfluß Um die Öffnung des Ventils 3 bzw. die Stellung des Kolbens 2 um einen bestimmten Betrag zu ändern, ist eine ganz bestimmte Änderung des Druckes pII erforderlich. Dieser Änderung entspricht im Beharrungszustand eine gleich große Änderung des Druckes der auf der anderen Seite des Kolbens 8 wirkt. Da aber bei einem Verhältnis von die Druckänderung von P1 doppelt so groß sein muß wie die gewünschte Druckänderung von PI" so muß die Bewegung des Drehzahlreglers, d. h. die Drehzahländerung der Maschine, doppelt so groß sein, als wenn der Hahn ii geschlossen wäre. Daraus ergibt sich, daß der Drehzahlabfall der Maschine, der eine bestimmte Änderung der Dampfzufuhr herbeiführt, im vorliegenden Beispiel doppelt so groß geworden ist als bei geschlossenem Hahn ii. Durch eine entsprechende Einstellung des Hahns ii kann man also den- Drehzahlabfall- der Maschine zwischen Leerlauf und V611ast des Betriebes in weiten Grenzen leicht ändern.This pressure regulator can now also be used to influence the non-uniformity of the regulation during operation. This is done by not directing the oil pressure PI directly to the top of the piston 7, but interposing a diaphragm io behind which an adjustable drain valve ii can be opened to a greater or lesser extent. Depending on the position of the drain valve ii, only a certain amount of the oil pressure pI is effective over the piston 7, for. B. the pressure is PI. behind the diaphragm io only half of the pressure PI, ie . When valve ii is closed, on the other hand, pzII is equal to PI. This ratio of pi to P. can easily be changed by the position of the valve ii: The pressure reduction with the aid of the valve ii has the following influence on the operation of the control device: the opening of the valve 3 or the position of the piston 2 by a certain amount Changing the amount requires a very specific change in the pressure pII. In the steady state, this change corresponds to an equally large change in the pressure acting on the other side of the piston 8. But since with a ratio of the change in pressure of P1 must be twice as great as the desired change in pressure in PI ", the movement of the speed controller, ie the change in speed of the machine, must be twice as great as if valve ii were closed Machine that brings about a certain change in the steam supply has become twice as large in the present example as when the valve ii is closed.By setting the valve ii accordingly, the speed drop of the machine between idle and V611ast of operation can easily be monitored within wide limits change.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Verkürzung der Stehzeiten von mittelbar wirkenden Reglern, bei denen die Betätigung des Meßwerkes durch -einen veränderlichen Steueröldruck auf einen federbelasteten Kraftkolben des Stellgliedes übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßwerk (i) und Kraftkolben (s) ein Druckwandler (7) geschaltet ist, dessen Kolben (8) unter dem Einfluß des Primärsteueröldruckes (PI) den Sekundärdruck (P"), der auf den Kraftkolben (2) wirkt, so steuert, daß im Beharrungszustand beide Steueröldrücke einander gleich werden oder in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. a. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) des Druckwandlers (7) auf der einen Seite unter dem Einfluß des Primärsteueröldruckes (PI), auf der anderen Seite unter dem des gesteuerten Oldruckes (pI,) steht, wobei der letztere Druck zur Rückführung der Bewegung des Kolbens (8) dient. 3. Vorrichtung nach Anspruch =, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Ungleichförmigkeitsgrades der Regelung der auf die eine Seite des Druckwandlers wirkende Druck unter Verwendung einer Blende (io) und eines dieser nachgeschalteten Abflußhahnes (ii) auf einen Teilbetrag des vom Meßwerk (i) gesteuerten Druckes (PI) gesenkt wird.PATENT CLAIMS: i. Device to shorten the standing times of indirectly acting controllers, in which the actuation of the measuring mechanism by -eine variable control oil pressure on a spring-loaded power piston of the actuator is transmitted, characterized in that between the measuring mechanism (i) and the power piston (S) a pressure transducer (7) is connected, the piston (8) of which is under the influence of Primary control oil pressure (PI) the secondary pressure (P ") that acts on the power piston (2), controls so that both control oil pressures are equal to each other in the steady state or are in a certain relationship to one another. a. Apparatus according to claim i, characterized in that the piston (8) of the pressure transducer (7) on the one Side under the influence of the primary control oil pressure (PI), on the other side under that of the controlled oil pressure (pI,), with the latter pressure for return serves to move the piston (8). 3. Device according to claim =, characterized in that that to change the degree of irregularity of the regulation of the one Side of the pressure transducer acting pressure using an orifice plate (io) and a this downstream drain cock (ii) to a part of the amount of the measuring mechanism (i) controlled pressure (PI) is lowered.
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