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.