DE878756C

DE878756C - Speed controller with servo motor for power machines, especially water turbines

Info

Publication number: DE878756C
Application number: DEE4059A
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
Current assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
Priority date: 1947-07-07
Filing date: 1951-07-14
Publication date: 1953-06-05

Description

Drehzahlregler mit Servomotor für Kraftmaschinen, insbesondere Wasserturbinen Die Erfindung betrifft einen Drehzahlregler mit Servomotor für Kraftmaschinen, insbesondere Wassersturbinen, bei welchem mit dem Servo,-motorkolben ein Katarakt verbunden ist, mit dessen Hilfe sich eine temporäre Statik herstellen läßt.Speed governors with servomotors for prime movers, in particular water turbines The invention relates to a speed controller with servo motor for prime movers, in particular Water turbines in which a cataract is connected to the servo, motor piston, with the help of which a temporary statics can be established.

Unter Statik wird allgemein der relative Drehzahlunterschied zwischen Vollast- und Leerlaufdrehzahl einer geregelten Maschine verstanden.Under statics, the relative speed difference between Understand the full load and idle speed of a controlled machine.

Was Wasserturbinen anbetrifft, so ist bekanntlich deren stabile Regelung um so, schwieriger, je größer die Länge und die Geschwindigkeit der die Turbine speisenden Wassersäule, das heißt je größer der Impuls der zu -beeinflußenden Wassermassen ist. Der destabilisierende Einfluß der genannten Größen läßt sich durch die in der angetriebenen :Maschine enthaltenen Schwungmassen: oder auch durch eine gewisse Statik ausgleichen. Letztere kann aus Betriebsgründen. nicht beliebig, vergrößert werden, auch die Schwungmassen der angetriebenen Maschine, heute in der Hauptsache elektrische Generatoren., lassen sich nicht beliebig vergrößern. Da bei großen. Wassermassen und unter Einhaltung der obengenannten praktischen Grenzen von Schwungmassen und Statik in vielen Fällen keine stabile Regelung möglich ist, ist als weiteres stabilisierendes Organ, eine temporär wirkende Rückführung vorgesehen worden., deren Statik, da sie eben nur temporär wirkt, der Wirkung der Wassermassen anpaßbar ist. Ist diese groß, so muß auch eine größere vorübergehende Statik verwendet werden., was jedoch den. Nachteil hat, daß dann auch die Drehzahlanstiege bei Lastabschaltungen größer werden. Dieser zusätzliche Drehzahlanstieg ist bei Vollastalbschaltungen nicht von. Belang; bei kleinen Lastabschaltungen: jedoch. ist er relativ groß. Um nun diesen Nachteil zu beheben, weist ein Dfehzahlregle,r der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung Mittel auf, um die tempomäre Statik bei Teillasten, der Kraftmaschine herunterzusetzen.As for water turbines, it is well known that their regulation is stable the more difficult the greater the length and speed of the turbine feeding water column, i.e. the greater the momentum of the water masses to be influenced is. The destabilizing influence of the variables mentioned can be reduced by the driven: machine contained centrifugal masses: or also by a certain Compensate for statics. The latter can be for operational reasons. not arbitrarily, enlarged are mainly the main thing today, including the centrifugal masses of the driven machine electrical generators., cannot be enlarged at will. Since with big ones. Water masses and in compliance with the above practical limits of centrifugal masses and statics in many cases no stable regulation is possible is further stabilizing organ, a temporary return has been provided., whose Static, because it only has a temporary effect and can be adapted to the effect of the water masses. If this is large, a larger temporary statics must also be used will., but what the. The disadvantage is that the speed increases when the load is switched off grow. This additional increase in speed is with full load shifts not from. Concern; for small load disconnections: however. it is relatively big. Around To remedy this disadvantage, a deficiency rule r of the initially mentioned Kind according to the invention means to the temporary statics at partial loads, the Lowering engine.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform nach der Erfindung in vereinfachter- Darstellungsweise veranschaulicht.In the drawing, an embodiment according to the invention is shown in a simplified Representation illustrated.

In der Figur bezeichnet i ein in nicht gezeigter Weise mit der Welle einer Wasserturbine 7 in Wirkungsverbindung stehendes Drehzahlpendel, das jeweils den Regelvorgang einleitet. Dieses Pendel i betätigt über ein Gestänge, zu denn Hebel :2 und 3 gehören, ein Regulierorgan 4, das den Zu- und- Abfluß eines Druckmittels, z. B: von Drucköl, zu einem Servomotor 5 beherrscht. Dieser betätigt seinerseits ein den Wasserfluß zur Turbine 7 beherrschendes Absperrorgan 6 in solcher Weise, daß die von der Turbine 7 erzeugte Leistung stets gleich- der- väu den nicht gezeigten. Verbrauchsmaschinen: benötigten Leistung ist. Die Bewegungen des Servomoto,rkolbens, 51 werden über eine Laufbahn. $ und Hebel 9 und io derart auf das erwähnte Pendelgestänge 2 und 3 übertragen, daß der Kolben des Regulierorgans4 jeweils in seine Mittellage zurückgeführt und damit der Regelvorgang unterbrochen wird: Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß jeder Stellung des Pendels i, das heißt jeder Drehzahl der Turbine 7, eine bestimmte Öffnung des Absperrorgans 6 .und damit eine bestimmte Leistungsabgabe der Turbine 7 entspricht, Es ist also jeder Turbinenleistung eine andere Drehzahl zugeordnet, und der relative Unterschied der Drehzahlen zwischen Vollast und Leerlauf entspricht dem, was als bleibende Statik bezeichnet wird. Innerhalb kleiner Grenzen l;äßt sich diese mit Hilfe- eines Handrades 13, welches die Neigung der Laufbahn 8 zu verändern gestattet, verstellen: -Ein Hatdrad ii dient zur Drehzahl- und Lastverstellung der Turbine 7 in beliebigen Grenzen., also auch zu deren Anlassen und Abstellen.In the figure, i denotes a speed pendulum in a manner not shown with the shaft of a water turbine 7, which initiates the control process in each case. This pendulum i operated via a linkage, because levers: 2 and 3 belong, a regulating member 4, which controls the inflow and outflow of a pressure medium, for. B: by pressure oil, to a servo motor 5 dominated. This in turn actuates a shut-off element 6 which controls the flow of water to the turbine 7 in such a way that the power generated by the turbine 7 is always the same as that not shown. Consumption machines: required power is. The movements of the servo, piston, 51 are controlled by a track. $ and levers 9 and io are transferred to the above-mentioned pendulum linkage 2 and 3 in such a way that the piston of the regulating member 4 is returned to its central position and the control process is interrupted: In this way it can be achieved that every position of the pendulum i, that is to say every Speed of the turbine 7, a certain opening of the shut-off element 6 and thus a certain power output of the turbine 7 corresponds, so each turbine output is assigned a different speed, and the relative difference in the speeds between full load and idle corresponds to what is referred to as permanent statics will. This can be adjusted within small limits with the aid of a handwheel 1 3, which allows the inclination of the raceway 8 to be changed: A hat wheel ii is used to adjust the speed and load of the turbine 7 within any limits Starting and stopping.

Neben, der erwähnten Rückführung ist noch eine zweite, n ärmlich die temporäre Rückführung vorgesehen, welche ebenfalls vom Servomotorkolben 51 aus, beeinflußt wird, und zwar unter Zwischenschaltung eines Kataraktkolbens 15, der gegenüber dem Kolben 51 relativ verschiebbar ist. Rasche Bewegungen des Servomotorkolbens 51 werden durch den Kataraktkolben 15, eine Kolbenstange 152 und einen an diese angelenkten Hebel 17 auf eine Schwinge 19 übertragen, welche eine Rolle 2o derart bewegt, daß sieden Hebel io noch mehr im Sinn der Rückführung verstellt und damit den Kolben- des Regulierorgans 4 rascher in seine Mittellage führt, als der bleibenden Statik entspricht. Die Rodle 2o wird von einer Feder 27 stets gegen eine Laufbahn 26, die starr mit dem Servomoto@rkolben 51verbunden: ist, gepreßt. Unter dem Einfluß von Federn 2i und 25, die zu beiden Seiten eines- Ansatzes 14 der Kolbenstangei 152 angeordnet= sind, wird der Kataraktkalben jeweils wieder in seine Mittellage zurückgeführt, so, daß er nur temporär wirkt, wobei die Geschwindigkeit der Rückführbewegung abhängig ist einerseits von der Stärke .der Federn 21 und 25, anderseits von -der Größe einer Blende 22, welche das in den. Räumen 23 und 24 des Servomotorkolbens 51 enthaltene Öl durchströmen läßt. Bei der Rückführung des Kataraktkolbens 15 wird das Regulierorgan 4 langsam nachgesteuert, bis der Servornotorkodben 51 die Stellung eingenommen hat, welche der neuen Stellung des Pendels i entspricht.In addition to the mentioned return, a second, namely the temporary return is provided, which is also influenced by the servomotor piston 51, namely with the interposition of a cataract piston 15, which is relatively displaceable with respect to the piston 51. Rapid movements of the servo motor piston 51 are transmitted through the cataract piston 15, a piston rod 152 and a hinged to this lever 17 on a rocker arm 1 9 which moves a roller 2o such that boiling lever io more displaced in the sense of feedback and therefore the piston - The regulating organ 4 leads faster into its central position than corresponds to the permanent statics. The rod 2o is always pressed by a spring 27 against a raceway 26 which is rigidly connected to the servomotor piston 51. Under the influence of springs 2i and 25, which are arranged on both sides of an extension 14 of the piston rods 152, the cataract calves are returned to their central position so that they only have a temporary effect, the speed of the return movement being dependent on the one hand of the strength of the springs 21 and 25, on the other hand of the size of a diaphragm 22, which in the. Spaces 23 and 24 of the servomotor piston 51 allows oil contained to flow through. When the cataract piston 15 is returned, the regulating element 4 is slowly readjusted until the servomotor valve 51 has assumed the position which corresponds to the new position of the pendulum i.

Die erwähnte Rolle ?-o wird durch die Laufbahn 26 entsprechend der Belastung der Turbine 7 auf der Schwinge i9 "verschoben:, derart, daß einem bestimmten. Hub des Kolbens 51 ein. ungefähr der Belastung der Turbine 7 proportionaler Hub der Rolle 2o. entspricht. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß bei einer Belastungsänderung bestimmter Größe je nach der Belastung .der Turbine 7 .der Hebel io verschieden stark verdreht wird, und zwar um so stärker, je,gräßer die ursprüngliche Belastung war. Anders ausgedrückt heißt das, daß die te.mpo@räre Rückführung bei Teillasten kleiner ist als bei Volllast. Dies ist zulässig, weil bei Teillast einerseits dieGeschwindigkeit des dieTurbine,durchfließenden Wassers kleiner ist und anderseits .die relative Größe der Schwungmassen der angetriebenen Maschine zunimmt und diese beiden Faktoren bekanntlich die Stabilität der Regelung verbessern.. Da aber hei Teilbelastung einer Wasserturbine die Nachsteuerung infolge einer kleineren vorübergehenden Statik kleiner ist, so ist auch der Drehzahlanstieg bei Abschaltung einer kleinen. Last kleiner als bei gleichbleibender Statik.The mentioned roller? -O is displaced by the raceway 26 in accordance with the load on the turbine 7 on the rocker 19 ", in such a way that a certain stroke of the piston 51 corresponds approximately to the load on the turbine 7 of the stroke of the roller 2o In this way it can be achieved that with a load change of a certain magnitude, depending on the load on the turbine 7, the lever io is rotated to different degrees, namely the stronger the greater the original load. that the return is smaller at partial loads than at full load. This is permissible because at partial load, on the one hand, the speed of the water flowing through the turbine is lower and, on the other hand, the relative size of the centrifugal masses of the driven machine increases and these two factors are known to be the Improve the stability of the control. Since, however, under partial load of a water turbine, the readjustment as a result of a smaller temporary status k is smaller, the increase in speed when switching off is also small. Load less than with constant statics.

Eine Schwierigkeit beim Regeln von Kraftmaschinen liegt darin, die kleinen Schwingungen zum Verschwinden zu bringen, während große Schwingungen ohne weiteres zum Abklingen gebracht werden können. Deshalb ist es angezeigt, daß die durch die Stärke der Federn 21 und 25 festgelegte vorübergehende Statik bei großen Schwingungen, also bei großen Laständerungen, nicht voll zur Auswirkung kommt. Die Größe der Ausschläge der Schwinge i9 wird deshalb durch einstellbare Anschläge 30 und 3 i begrenzt, so daß beim Anschlagen, des Ansatzes 14 gegen einen dieser Anschläge die weitere Wirkung der vorübergehenden Rückführung aufgehoben wird. Die Rückführung des Regulierorgans 4 in seine Mittellage erfolgt von da an nur noch entsprechend der bleibenden Rückführung. Der Servomotorkolben 51 und damit das Absperrorgan- 6 erreichen infolgedessen die dem neuen Zustand entsprechende Gleichgewichtslage rascher, weil nun das Regulierorgan 4-länger geöffnet bleibt, so daß die vorübergehende Drehzahländerung der Turbine 7 ebenfalls kleiner ausfällt. Der bei der erwähnten raschen Bewegung des Ser vomotorkolbens 51 in dem Raum 23 bzw. 24 hervorgerufene Druck wird durch Überströmv entile 28 und 29 auf einen einstellbaren Wert beschränkt, damit die Bewegung des Kolbens 51 durch den betreffenden Druck nicht abgebremst wird.One difficulty in controlling prime movers is to make the small vibrations disappear, while large vibrations can easily be made to die away. It is therefore advisable that the temporary statics determined by the strength of the springs 21 and 25 do not have their full effect in the case of large vibrations, that is to say in the case of large load changes. The size of the deflections of the rocker i9 is therefore limited by adjustable stops 30 and 3 i, so that when the extension 14 hits one of these stops, the further effect of the temporary return is canceled. The return of the regulating member 4 into its central position takes place from then on only in accordance with the permanent return. The servomotor piston 51 and thus the shut-off element 6 consequently reach the equilibrium position corresponding to the new state more quickly because the regulating element 4 now remains open longer, so that the temporary speed change of the turbine 7 is also smaller. The pressure caused by the aforementioned rapid movement of the servo piston 51 in the space 23 or 24 is limited to an adjustable value by overflow valves 28 and 29 so that the movement of the piston 51 is not slowed down by the pressure in question.

An Stelle der (-fil)ersträmventile 2$ und 29 kann auch ein Hilfskolben. vorhanden sein, der in Ahhängigkeit von seiner Stellung relativ zum Kolben 51 den maximalen Druck in den Räumen 23 und 2.4 beschränkt.An auxiliary piston can also be used in place of the (-fil) emergency valves 2 $ and 29. be present, depending on its position relative to the piston 51 the maximum pressure in rooms 23 and 2.4 limited.

Claims

PATENT CLAIM: i. Speed controller with servo motor for power-in machines, especially water turbines, in which a Kata.-rakt is connected to the servo motor piston, with the help of which a temporary static can be produced, characterized in that means are provided to heat the temporary static Reduce partial loads of the engine. a. Speed controller according to claim i, characterized in that adjustable stops (30 and 31) are present which limit the size of the deflections of the temporary return movement to the rocker arm (i9), and means (28 and 29) are present to limit the maximum pressure: restrict in spaces (23 and 24) on either side of a cataract bulb (i5).