DE868174C

DE868174C - Stabilization device for indirectly acting engine governors

Info

Publication number: DE868174C
Application number: DEP26685D
Authority: DE
Inventors: Robert Keller
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1945-03-10
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1953-02-23

Description

Stabilisierungseinrichtung für indirekt wirkende Kraftmaschinenregler Zur Stabilisierung selbsttätiger elektrischer Regler ist es bekannt, die Rückführfeder, die meist mit einer Dämpfungsvorrichtung versehen ist, durch ein elektromechanisches Rückführorgan mit magnetischer, elektromagnetischer oder elektrodynamischer Rückstellkraft zu ersetzen, bei welchem man es in der Hand hat, dem bei einer mechanischen Feder proportionalen Kraft-Weg-Gesetz eine beliebige andere Funktion zu geben und so die Rückführung der tatsächlichen Kraft-Weg-Kurve des Reglers besser anzupassen. Solche elektrische Rückführorgane können bei zweckentsprechender Bauart, z. B. als Topf- oder Drehmagnete ausgeführt, die gleichen Kräfte ausüben wie Federn, also recht erhebliche Verstellkräfte. Nun wendet man seit vielen Jahrzehnten bei Kraftmaschinenreglern zur Erhöhung ihrer Verstellkraft hydraulische Kraftverstärker, sog. Servomotoren an, die dazu dienen, das Steuerorgan der Kraftmaschine, das oft erhebliche Bewegungswiderstände aufweist, mit einem gewissen Überschuß an Verstellkraft sicher und genau in die dem Bedarf entsprechende Lage zu bringen.Stabilization device for indirectly acting engine governors To stabilize automatic electrical regulators, it is known to use the return spring, which is usually provided with a damping device by an electromechanical one Feedback organ with magnetic, electromagnetic or electrodynamic restoring force to replace which one has it in hand, that of a mechanical spring proportional force-displacement law to give any other function and so the Better adapt the feedback to the actual force-displacement curve of the controller. Such electrical feedback organs can with appropriate design, z. B. as a pot or rotary solenoids, exert the same forces as springs, so right considerable adjustment forces. It has now been used for many decades with engine regulators Hydraulic power amplifiers, so-called servomotors, to increase their adjustment force on, which are used to control the engine, which often has considerable resistance to movement has, with a certain excess of adjusting force safely and precisely in the to bring the situation appropriate to the need.

Während man bisher nur direkt wirkende Regler mit dem elektrischen Rückführorgan ausgerüstet hat, bezieht sich die Erfindung auf indirekt wirkende Kraftmaschinenregler zur Regelung der Kraftmittelzufuhr zur Kraftmaschine, insbesondere solche, die mit hydraulischem Servomotor zur Verstellung des Maschinenreglers und mit mechanischem Rückführgestänge zwischen Regler und Servomotor versehen sind, unter Verwendung eines Rückstellorgans mit magnetischer Rückstellkraft.While so far only direct-acting regulators with the electric Has equipped return organ, the invention relates to indirectly acting Power machine controller for regulating the fuel supply to the power machine, in particular such, those with a hydraulic servo motor for adjusting the machine controller and with a mechanical one Feedback linkages are provided between controller and servo motor using a restoring member with a magnetic restoring force.

Erfindungsgemäß ist mindestens einer der wirksamen Teile des die Rückstellung bewirkenden Elektromagneten innerhalb des die Rückführung des Reglers herbeiführenden Gestänges zwischen den Regler und den Servomotor angekoppelt.According to the invention, at least one of the effective parts of the provision is causing electromagnet within the bringing about the return of the controller Linkage coupled between the controller and the servo motor.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele für die Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Regler mit ungedämpfter Rückführung des Servomotors, Fig. 2 einen Regler mit gedämpfter Rückführung; derart, daß er eine Isodromcharakteristik erhält, und Fig. 3 einen Regler mit zwei verschiedenenRückführungen. ` _ In allen Figuren sind die Geschwindigkeitsregler selbst als elektrische Regler a mit Drehsystem ausgebildet, indem sie eine Wechselstromfrequenz konstant halten. Als Rückführorgän ist ein Elektromagnet, und zwar ein Drehmagnet b, verwendet, der aus dem Netz c entweder mit Wechselstrom (Fig. z) oder mit Gleichstrom (Fig. 3) erregt werden kann. Der hydraulische Servomotor d, dessen-Steuerschieber e vom Regler a verstellt wird, arbeitet in bekannter Weise auf die Steuerung einer Wasserturbine, die einen das Wechselstromnetz'c speisenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Synchrongenerator antreibt. Dieser Generator kann der Generator eines Kraftwerkes sein, dessen Frequenz konstant zu halten ist, oder er kann ein kleiner Hilfsgenerator sein, wobei die Turbine entweder auch eine elektrische Maschine oder aber eine Arbeitsmaschine oder ein Industriewerk antreiben kann. Die Rückführung des Steuerschiebers erfolgt in üblicher Weise derart, da:ß der Endpunkt des Reglerhebels f über eine mit Rolle versehene, . auf . Zug bzw. Druck beanspruchte Stange g in einer schrägen oder -gekrümmten, mit der Kolbenstange des Servomotors d verbundenen Kulisse bz gleitet und so der Verstellbewegung des Reglers entgegenwirkt.In the drawing, three exemplary embodiments of the invention are shown schematically, namely: FIG. 1 shows a controller with undamped feedback of the servomotor, FIG. 2 shows a controller with damped feedback; such that it has an isodrome characteristic, and Fig. 3 shows a controller with two different feedbacks. `_ In all figures, the speed regulators themselves are designed as electrical regulators with a rotary system in that they keep an alternating current frequency constant. An electromagnet, namely a rotary magnet b, is used as the return device, which can be excited from the network c either with alternating current (FIG. Z) or with direct current (FIG. 3). The hydraulic servomotor d, the control slide e of which is adjusted by the controller a, works in a known manner to control a water turbine which drives a synchronous generator (not shown in the drawing) that feeds the alternating current network. This generator can be the generator of a power plant, the frequency of which is to be kept constant, or it can be a small auxiliary generator, the turbine either also being able to drive an electrical machine or a work machine or an industrial plant. The return of the control slide takes place in the usual way in such a way that: ß the end point of the regulator lever f via a roller provided with. on . Tensile or compressive stressed rod g slides in an inclined or curved connecting link bz connected to the piston rod of the servo motor d and thus counteracts the adjustment movement of the controller.

Gemäß Fig. i ist nun unmittelbar in die zu diesem Zweck unterteilte Rollenstange g der Drehmagnet b eingeschaltet; indem sein Erregerkörper mit dem einen, sein Anker mit dem anderen -Abschnitt der Stange g verbunden ist. Der Drehmagnet b sorgt dafür, daß- sich die Rückführung- eindeutig der Kraft-Weg-Kurve des Reglers anpaßt. Dieser Drehmagnet b wirkt wie eine federnde Kupplung mit der Kraft-Weg-Funktion entsprechender Charakteristik. Damit nun beim Ausbleiben der Spannung im Netz c, sei es infolge Generatordefekts oder infolge einer beliebigen anderen Störung, die Kraftmittelzufuhr momentan gedrosselt bzw. völlig unterbrochen wird, wird die Erregerwicklung i des Magneten b vom Netz c aus gespeist, so daß bei Wegfall dieser Erregung das Schnellschlüßgewicht 1z zur Wirkung kommt, welches das _ Steuerventil e momentan auf Kraftmitteldrosselung schaltet. Das Gewicht k könnte auch durch eine Feder ersetzt werden.According to FIG. I, it is now directly subdivided into the for this purpose Roller rod g of rotary magnet b switched on; by its exciter body with the one, its anchor is connected to the other -section of the rod g. The rotary magnet b ensures that the feedback is clearly the force-displacement curve of the controller adapts. This rotary magnet b acts like a resilient coupling with the force-displacement function corresponding characteristics. So that if there is no voltage in network c, be it as a result of a generator defect or any other fault that The supply of fuel is momentarily throttled or completely interrupted, the excitation winding is i of the magnet b fed from the network c, so that when this excitation ceases, the Quick-release weight 1z comes into effect, which the _ control valve e momentarily switches to fuel throttling. The weight k could also be replaced by a spring will.

Läßt man die Rückführung auf den Reglerhebel f über ein einstellbares Verzögerungsglied wirken, so erhält man eine Isodromregelung, d. h. eine Regelung- auf genau gleiche Geschwindigkeit bzw. Frequenz bei jeder Belastung, was dadurch ermöglicht wird, daß bei Laständerungen und während des Regelvorgangs vorübergehend eine Statik am Regelorgan herrscht, die aber nach der Ausregelung wieder rückgängig gemacht wird. Als Verzögerungsglied ist gemäß Fig. 2 in die zugleich vom Drehmagneten b beeinflußte wiederum zweiteilige Stange g in der Kraftrichtung der Dämpfungszylinder m eingeschaltet. Dereine Eisenkörper des Drehmagneten liegt im Raum fest, während sein beweglicher Teil an der Stange g angreift. Der Magnet b wirkt hier wie eine Torsions-, Spiral-, Zug- oder Druckfeder, mit dem Unterschied, daß deren Charakteristik beliebig von der Geraden abweichend gestaltet werden kann. Die übrigen Organe der Regeleinrichtung nach Fig. 2 sind gleich wie in Fig. i zu denken.If one leaves the feedback to the regulator lever f via an adjustable Acting delay element, an isodrome control is obtained, i. H. a regulation at exactly the same speed or frequency with every load, what that means it is made possible that temporarily in the event of load changes and during the control process There is a static on the regulating body, but this is reversed after the adjustment is made. As a delay element is shown in FIG. 2 in the same time from the rotary magnet b again influenced two-part rod g in the direction of force of the damping cylinder m switched on. The iron body of the rotary magnet is fixed in space while its moving part engages the rod g. The magnet b acts like one here Torsion, spiral, tension or compression spring, with the difference that their characteristics can be designed differently from the straight line. The other organs of the Control device according to FIG. 2 are to be thought of as in FIG.

Wünscht man außer dem Servomotor d auch den elektrischen Regler a bzw. ein Zwischenglied, z. B: ein Vorsteuerventil, für sich rückzuführen, so muß man, wie Fig. 3 zeigt, wenigstens die eine der beiden Rückführungen elastisch und gedämpft mit dem Reglergestänge verbinden, damit Pendelungen vermieden werden. Zu diesem Zweck ist die Welle des elektrischen Reglers a über die Rollenstange n, welche eine Doppelfeder o und einen Dämpfungszylinder p enthält, dem Eifluß einer zweiten Gleitbahn q der Kolbenstange- des Servomotors d ausgesetzt und wird somit ebenso wie dieser unmittelbar von der Stellung der Turbinensteuerung oder eines Zwischengliedes beeinflußt. Eine solche Rückführung wird natürlich nur dann möglich, wenn das Reglersystem eine Gegenkraft besitzt, die hier in Gestalt der Statikfeder r vorhanden ist.If, in addition to the servo motor d, you also want the electrical controller a or an intermediate member, e.g. B: a pilot valve, to be fed back by itself, so must one, as Fig. 3 shows, at least one of the two return guides and elastic Connect dampened to the control linkage so that oscillation is avoided. to for this purpose, the shaft of the electrical regulator a via the roller rod n, which contains a double spring o and a damping cylinder p, the egg flow of a second Slideway q exposed to the piston rod of the servo motor d and is thus also like this directly from the position of the turbine control or an intermediate link influenced. Such feedback is of course only possible if the controller system has a counterforce that is present here in the form of the static spring r.

Erhebliche Vorteile bietet es, wenn man den Regelvorgang nicht von bereits vorliegenden Geschwindigkeitsabweichungen, sondern schon von der Tendenz zu solchen Abweichungen, also vom Differentialquotienten der Geschwindigkeit nach der Zeit, d. h. von der Beschleunigung abhängig macht, der die Drehzahl der Maschine bzw: die Frequenz des Netzes unterworfen ist. Das läßt sich erreichen, indem man gemäß Fig. 3 den Rückführmagneten b mit Gleichstrom speist und ihm zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen i1 und i2 gibt, von denen die eine, il, zur Magnetisierung des Magneteisens dient, die andere, i2; dagegen den Magnetkreis zusätzlich nur dann beeinflußt, wenn eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der Frequenz auftritt. Die Spule il wird über ein Gleichrichterviereck s1 und den Vorschaltwiderstand t gespeist, während die Spule i2 über ein Gleichrichterviereck s2 und den Kondensator u gespeist wird und zu einer Drosselspule v parallel liegt. Die Spule i2 erhält nur Strom, wenn im Netz c eine -Frequenzänderung stattfindet, da der Einfuß etwaiger Spannungsänderungen durch die Spule il kompensiert wird.It offers considerable advantages if the control process is not controlled by already existing speed deviations, but already from the tendency to such deviations, i.e. from the differential quotient of the speed the time, d. H. on the acceleration makes the speed of the machine dependent or: the frequency of the network is subject. That can be done by According to FIG. 3, the feedback magnet b feeds with direct current and him two each other there are counteracting excitation windings i1 and i2, one of which, il, for magnetization of the magnetic iron, the other, i2; on the other hand, the magnetic circuit only then influenced when an acceleration or deceleration of the frequency occurs. the Coil il is fed via a rectifier square s1 and the series resistor t, while the coil i2 is fed via a rectifier square s2 and the capacitor u and is parallel to a choke coil v. The coil i2 only receives current, if there is a change in frequency in network c, since the influence any Voltage changes through the coil il is compensated.

Bei einer Kraftmaschine, besonders einem Turbinenaggregat gemäß den Ausführungsbeispielen mit Isodromregelung (Fig. 2 und 3) wird der Reguliervorgang durch die Einstellung einer vorübergehenden Statik stabilisiert. Dauer des Vorgangs und Größe dieser vorübergehenden Statik richten sich nach den besonderen Verhältnissen des Einzelfalles und hängen von den Schwungmassen, dem Gefälle, der Wassermenge, der Länge des Saugrohres und der Druckhöhe, besonders bei Peltonturbinen, ab und müssen wegen der durch die genannten Daten bestimmten Massenkräfte meist unerwünscht hoch eingestellt werden. Somit ergeben sich verhältnismäß hohe Regulierzeiten, die sich namentlich bei plötzlichen Laständerungen, vor allem bei Teil- und Vollastabschaltungen, sehr ungünstig auswirken. Um hier die Regelzeit abzukürzen, hat man an den Ventilen des hydraulischen Servomotors zusätzliche Öffnungen, sog. Ablaßvorrichtungen, angebracht, die bei plötzlicher Entlastung derMaschine freigegeben werden. Diese Einrichtungen arbeiten freilich naturgemäß sehr roh und ergeben einen unstetigen Betrieb. Demgegenüber wirkt erfindungsgemäß die oben beschriebene Einrichtung, nach der die vorübergehende Statik des Reglers in Funktion des Differentialquotienten der Geschwindigkeit herabgesetzt wird, stetig und paßt sich selbsttätig den momentan gegebenen Betriebsverhältnissen und -erfordernissen an.In a prime mover, especially a turbine unit according to FIGS Embodiments with isodrome control (Fig. 2 and 3) is the regulating process stabilized by setting a temporary static. Duration of the process and the size of this temporary statics depend on the particular circumstances the individual case and depend on the centrifugal masses, the gradient, the amount of water, the length of the suction pipe and the pressure head, especially with Pelton turbines, from and must mostly undesirable because of the inertia forces determined by the data mentioned can be set high. This results in relatively long regulation times that in particular in the event of sudden load changes, especially in the case of partial and full load shutdowns, have a very unfavorable effect. In order to shorten the control time here, the valves are used the hydraulic servomotor has additional openings, so-called drainage devices, which are released when the machine is suddenly These bodies Of course, they work very roughly and result in unsteady operations. In contrast acts according to the invention the device described above, after which the temporary The droop of the controller is reduced as a function of the differential quotient of the speed becomes, steady and automatically adapts to the current operating conditions and requirements.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Stabilization device for indirectly acting Power machine controller for regulating the fuel supply to the power machine, in particular those with hydraulic servomotor for adjusting the machine controller and are provided with mechanical feedback linkage between controller and servo motor, using a restoring member with a magnetic restoring force, thereby characterized in that at least one of the operative parts of the resetting electromagnet within the linkage bringing about the return of the controller between the Controller and the servomotor is coupled.

2. Device according to claim i, characterized in that the coupling of the electromagnet (b, i) with the linkage takes place in that the linkage between the controller member (a) and servomotor (d) divided and one of the effective parts of the electromagnet with each a rod part is connected (Fig. i).

3. Device according to claim i, characterized in that one the effective parts of the electromagnet to the linkage (g) between the regulator element and servo motor is hinged, while the other part of the electromagnet is in space is firmly mounted (Fig. 2 and 3). q ..

Device according to claim i, characterized in that that the excitation (i) of the resetting electromagnet at the voltage of the network fed by the power plant (c).

5. Device according to claim i, characterized characterized in that the excitation of the resetting electromagnet is due to the voltage of an electrical generator that is used by the engine to be controlled is driven.

6. Device according to claim i, characterized in that the Excitation of the resetting electromagnet from one of the to be regulated Engine driven auxiliary generator is fed.

7. Device according to claim i, characterized in that the excitation of the resetting electromagnet is fed with direct current. B. Device according to claim i, characterized in that that the excitation of the resetting electromagnet from the acceleration the size to be regulated is influenced. G. Device according to claim q. to 8, thereby characterized in that the resetting electromagnet with an additional excitation is provided, which depends on the acceleration of the variable to be controlled stands (Fig. 3). ok Device according to claim 9, characterized in that the Basic excitation (i1) of the resetting electromagnet from a die AC power supply (c) containing the variable to be regulated via a rectifier square (s1) is supplied, while the additional excitation (i2) via a capacitor (u) is connected to a further rectifier square (s2) from that AC network (c), thus depending on the frequency change, is fed.