DE878757C - Regelvorrichtung fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Regelvorrichtung fuer Kraftmaschinen

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DE878757C
DE878757C DEE4060A DEE0004060A DE878757C DE 878757 C DE878757 C DE 878757C DE E4060 A DEE4060 A DE E4060A DE E0004060 A DEE0004060 A DE E0004060A DE 878757 C DE878757 C DE 878757C
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servomotor
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speed
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DEE4060A
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Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

  • Regelvorrichtung für Kraftmaschinen Bei Wasserturbinen ist es notwendig, die Regler nur mit geringer Verstellgeschwindigkeit auf die Servomotoren einwirken zu lassen. Je größer die. Anlaufzeit der Wassermassen ist, um so mehr muß man die Verstellgesc'hwindigkeit herabsetzen, damit nicht durch den Einfluß der Wassermassen die Regelung unstabil wird. Nur so kann man mit den durch die Fortschritte der Schnelläufigkeit kleiner werdender Schwungmassen in den zu regelnden Maschinen auskommen. Eine langsame Verstellgeschwindigkeit der Servomotoren hat aber für die Verstellbarkeit der Maschinen durch willkürliche Eingriffe von Hand oder durch Fernsteuerung schwerwiegende Nachteile. Solange eine Maschine allein läuft, bewirkt nämlich eine willlcürliche Verstellung- des Servomotors gegenüber dem Regler eine Veränderung der geregelten Drehzahl. Beim Netzbetrieb liegt die Drehzahl durch die Frequenz fest; durch einen willkürlichen Eingriff auf die Regelvorrichtung findet dann eine Verstellung auf eine andere Belastung der Maschine statt. Solche willkürlichen Verstellvorgänge müssen zum Beispiel von der Schaltwarte aus durch kurzzeitiges Einschalten von Verstellrnotoren schnell und exakt im gewollten Maß erfolgen können.
  • Die Verschleppung, die notwendig ist, damit die Regler nicht zu schnell auf die Servomotoren einwirken, behindert aber -den Verstelleingriff des Schaltwärters. Der Servomotor setzt sich nach dem Eingriff des Schaltwärters zunächst überhaupt nicht in Bewegung, sondern erst nachdem ganz langsam die Unempfindlichkeitszone der Steuerorgane der Regulierung durchlaufen ist. Nachdem dann die Verstellbewegung des Servomotors begonnen hat, setzt sich über lange Zeit 'ein Nachschleichender Verstellbewegung fort. Der Wärter kann diese ganze Zeitspanne nicht abwarten, weil er nicht erkennen kann, ob er mit einem ersten Schaltimpuls schon das richtige Verstellmaß getroffen hat und weil inzwischen schon wieder neue Belastungsänderungen eintreten würden. Dies führt zu einem Hinundherverstellen, das bei aller Trägheit außer-,dem noch ein Überverstellen zur Folge hat.
  • Man kommt also bei großen Anlaufzeiten der Wassermassen, die man durch verlangsamte Regeleinflüsse zu kompensieren sucht, bald an eine Grenze, weil die Maschine für die Verstellvorgänge des Schaltwärters unbrauchbar wird. Folglich muß man auf :die wirtschaftlichen Erfolge, welche die technischen Fortschritte sonst hinsichtlich Herabsetzüng des Maschinengewichtes gestatten würden, verzichten, und nur, um mit höheren Verstellgeschwindigkeiten arbeiten zu können, sind die Maschinen :daher schwerer und teurer auszuführen.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für die maximal zulässige Verstellgeschwindi.gkeit bei der Verstellung .durch Regler und bei Verstellungdurch willkürliche Eingriffe, also z. B. von Hand, ganz andere Bedingungen gelten. Bei der Verstellung durch Regler, z. B. Drehzahlregler, handelt es sich um einen .geschlossenen Schwingungskreis (Drehzahlregler - Servomotor - Änderung der Wassermenge - Beschleunigung der Schwungmasse - Drehzahländerung - Drehzahlregler), :der wieder auf den Ausgangspunkt zurückführt. Hier .gilt das Schwingungsgesetz, daß der Regler auf .den Servomotor, insbesondere bei kleinen Abweichungen vom Beharrungszustand, nur verlangsamt einwirken .darf, weil die Wassermassen durch Druckstoß sonst zu,einem Überregeln führen. Beider Verstellung von Hand wirkt der Endeffekt; z. B. die dagegen nicht auf die willkürlich von Hand veränderte Einstellgröße zurück. Die Handverstellung bedingt also, ähnlich wie eine äußere Laständerung im Netz, nur ein Anschwingen des Drehzahlreglerkreises. Es ist bekannt, daß die Stabilität eines Reglerkreises durch die Heftigkeit dieses Anachwingens in keiner Weise beei:nflußt wird, sondern nur der maximale Ausschlag. Man kann also sehr wohl den Regler mit der für die Stabilität notwendigen langsamen Verstell geschwindigkeit auf den Servomotor einwirken lassen und trotzdem ohne Beeinträchtigung .dieser Stabilität die Verstellvorgänge von Hand beliebig schnell .auf den Servomotor einwirken lassen. Auch dann bleibt aber der maximale Ausschlag des Schwingungs:kreisesdeshalb klein, weil die Impulse -des willkürlichen Eingriffes, z. B. durch den Schaltwärter, im Verhältnis zu plötzlichen Abschaltungen im Netz viel kleiner sind. Es (handelt sich bei den Schalteingriffen ferner um gleichförmig annähernd linear verlaufende Laständerungen, die, wie bekannt, :nur einen kleinen Bruchteil derjenigen maximalen. Ausschläge (hervorrufen, welche bei einer plötzlichen Belastungsänderung um .den gleichen Betrag entstehen.
  • Aus diesen Gründen lassen :sich gemäß der Erfindung die dargestellten Nachteile dadurch beheben, @daß zwischen den Regler und den Servomotor eine Vorsteuerung eingeschaltet ist, welche die Verstellgeschwindi@gkeit des Servomotors herabzusetzen gestattet, während eine Einstellvorrichtung Iden Servomotor mit einer Verstellgeschwindigk Bitbetätigt, die nicht,durch die erwähnte Vorstenerung beeinflußt ist.
  • In der Figur ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellungsweise gezeigt.
  • Inder Figur bezeichnet i eine Ölpumpe, die über ein Steuerventil 2 einen Servomotor 3 und ferner Vorsteueror@gane 4 und 5 mit Drucköl versorgt. Ein Drehzahlregler 6 steuert durch Steuerventil 7 das Vorsteuerorgan 4, dessen Bewegung auf einen als Bremse wirkenden Katarakt 8 mit einstellbarer Blende 9 und Zug-Druck-Feder io einwirkt. Im weiteren bezeichnet i i die Wicklung eines Leistungsreglers, der durch Stift 12 undAusflußdüse 13 die Vorsteuerung 5 -betätigt. 14 und 15 sind feste Blenden. In bekannter Weise wird hierdurch erreicht, däß die Kolben :der Vorsteuerorgane 4, 5 auf ihrer einen Seite konstanten Öldruck erhalten und durch Verändern des Druckes auf der anderen Seite mit Hilfe der Steuerorgane 7 und 12,13 in jede beliebige Stellung gebracht werden können. Durch ein Übersetzungsgestänge 16, 17, 18 wird einem bestimmten Hub -des Servomotors 3 ein anderer Hub der Vorsteuerüng 5 zugeordnet, Was einer Veränderung der Verstellgeschwindi.gkeit gleichkommt, mit welcher der Leistungsregler i i auf den Servomotor 3 einwirkt. Diese Verstellgeschwindigkeit läßt sich .mit Hilfe eines Hebelgestänges i9, 2ö, 2i über das Übersetzungsgestänge 16, 17, 18 der Stellung des Servomotors 3, also der Maschinenbelastung, anpassen. 22 bezeichnet eine als Handrad ausgebildete Einstellvorrichtung zur Schnellverstellung :des Servomotors 3 von Hand.. 23 ist ein Übertragungsgestänge zwi.schenderEinstellvorrichtung 22 und Aden Vorsteuerungen 4; 8 und 5 einerseits und . dem Steuerventile anderseits.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Regelvorrichtung ist folgende: Das Steuerventil e läßt sich mit großem Querschnitt ausführen, so daß Verstellbewegengen am Handrad 22 augenblicklich, d. h. ohne Verschleppung, auf den Servomotor 3 übertragen wenden. Trotzdem wirken der Drehzahlregler 6 und der Leistungsregler i i auf den Servomotor 3 mit der für die Stabilität notwendigen Verschleppung ein, weil letztere beim Drehzahlregler 6 durch den Katarakt 8 und ;beim Leistungsregler i i durch :die Vorsteuerung 5 hervorgerufen wird.
  • Eine Drehzahländerung betätigt den Drehzahlregler 6, der über -das Steuerventil 7 das Vorsteuerorgan 4 beeinflußt. Um nun die schnelle Betätigung .des Servomotors 3 durch .die Einstellvorrichtung 22 von der langsamen Betätigung durch den Drehzahlregler 6 vollkommen zu trennen, ist der .als Bremse wirkende Katarakt 8 nicht an den Servomotor 3, sondern an das Vorsteuerorgan .¢ angeschlossen, und zwar mit Hilfe einer Rückführung 24. Die auf den Katarakt 8 wirkende Rückführung 24 wird also durch das Vorsteuerorgan 4 selbst betätigt. Die Verlangsamung der Bewegung des Servomotors 3 bei Ausschlägen des Drehzahlreglers 6 durch den Katarakt 8 wird in bekannter Weise dadurch bewirkt, daß die Feder io eine sehr große vorübergehende Statik herstellt, so daß bei kleinen auftretenden Drehzahlabweichungen nur kleine Verstellbewegungen des Servomotors 3 ausgelöst werden. Die Blende 9 gestattet, das Abklingen der vorübergehenden hohen Statik beliebig hinauszuzögern. Die Verstellgeschwindigkeit läßt sich durch dieFeder io und die einstellbareBlende9 leicht den Stabilitätsforderungen anpassen.
  • Die Verstellgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Leistungsreglers i i wird durch die Verstellgesc'hwin:digkeit der Vorsteuerung 5 in Abhängigkeit vom Hub des Leistungsreglers i i bestimmt, wobei der Regler i i nur geringe Verstellgeschwindigkeiten .der Vorsteuerung 5 auslöst. Bei Verwendung gewöhnlicher Steuerventile müßte man ,zur notwendigen Anpassung an die Stabilität den Durchmesser des Steuerventils verändern und damit auch die Durchmesser der Steuerhülse und des Steuerkolbens. Im dargestellten Beispiel ist statt dessen die Ausflußdüse 13 vorgesehen, welcher der Steuerstift 12 gegenübersteht. Dies gestattet durch Austausch gegen kleinere Ausfluß:düsen 13 allein, die Verstellgeschwindigkeit der Vorsteuerung 5 und damit :des Servomotors 3 anzupassen. Um aber auch ohne Änderung der Düse 13 die Verstellgeschwindigkeit beeinflussen zu können, wird durch das Übersetzungsgestänge 16, 17, 18 der Bewegungsgeschwindigkeit der Vorsteuerung 5 eine andere Be-,vegungsgesGhwindigkeit des Servomotors 3 zugeordnet. Da es bei kleinen. Belastungen zulässig ist, mit größerer Verstellgeschwindigkeit zu arbeiten:, kann es zweckmäßig sein, die Lage der Stange i8 durch das Hebelgestänge i9, 2o, 21 der Stellung des Servomotors 3, also der Belastung, anzupassen.
  • Die Erfindung läßt sich auch anwenden, wenn nur ein Regler vorhanden ist; ferner können an Stelle der dargestellten zwei Regler auch andere Reglerarten verwendet werden. So läßt sich an Stelle eines Leistungsreglers z. B. ein Beschleunigungsregler vorsehen. Bei Verwendung von mehr als einem Regler können diese zweckmäßig auch mit einer gemeinsamen Vorsteuerung versehen werden, statt, wie ;gezeigt, mit getrennten und verschiedenartigen Vorsteuerungen. Ferner kann zwischen der Einstellvorrichtung 22 und dem Steuerventil 2 in an sich bekannter Weise eine hydraulische Verstärkung durch Folgesteuerungen vorgesehen werden. Die Erfindung läßt sieh ebenfalls da anwenden, wo die Kraftmaschine durch mehrere von Reglern betätigte Servomotoren gesteuert wird.
  • Die als Handrad 22 dargestellte Einstellvorrichtung kann in bekannter Weise durch einen Verstellmotor ergänzt oder ersetzt werden.
  • An Stelle des als Bremse wirkenden Kataraktes 8 kann in bekannter Weise eine elektrische Bremse verwendet werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regelvorrichtung für Kraftmaschinen, die von mindestens einem Regler mit Hilfe mindestens eines Servomotors gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Regler und Servomotor (3) eine Vorsteuerung eingeschaltet ist, welche die Verstellgeschwindigkeit des Servomotors herabzusetzen gestattet, während eine Einstellvorrichtung (22) den Servomotor (3) mit einer Verstellgeschwindigkeit betätigt, die nicht durch die erwähnte Vorsteuerung beeinflußt ist.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch i, dadurch ;gekennzeichnet, daß die die Herabsetzung der Verstellgeschwindigkeit des Servomotors (3) gestattende Vorsteuerung ein Vorsteuerungsorgan (4) und eine Bremse (8) besitzt, die vorübergehend eine erhöhte Statik des Reglers herstellt.
  3. 3. Regelvorrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (8) in einer Rückführung für das Steuerorgan (7), welches das Vorsteuerorgan (4) steuert, angeordnet ist.
  4. 4. Regelvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (i i) im Verhältnis zur Verstellgesehwindi,gkeit des Servomotors nur geringe Verstellgeschwin@digkeiten der Vorsteuerung (5) auslöst.
  5. 5. Regelvorrichtung nach den Ansprüchen i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13, 16, 17, 18) vorgesehen sind, um der gleichen Reglerabweichung verschiedene Verstellgesdhwindigkeiten des Servomotors (3) zuzuordnen.
  6. 6. Regelvorrichtung nach den Ansprüchen i, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, da!ß' eine Verstellvorrichtung (1ö, 17, 18) die Verstellgeschwindigkeit des Servomotors (3) im Verhältnis zur Verstellgeschwindigkeit der Vorsteurung (5) zu verändern gestattet.
  7. 7. Regelvorrichtung nach den Ansprüchen i, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verhältnis der Verstellgeschwindigkeiten des Servomotors (3) und der Vorsteuerung (5) mittels einer Vorrichtung (i9, 2o, 21) der Maschinenbelastung anpassen läßt.
DEE4060A 1947-07-09 1951-07-14 Regelvorrichtung fuer Kraftmaschinen Expired DE878757C (de)

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