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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Figur ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
in vereinfachter Darstellungsweise gezeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die als Handrad 22 dargestellte Einstellvorrichtung kann in bekannter
Weise durch einen Verstellmotor ergänzt oder ersetzt werden.
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An Stelle des als Bremse wirkenden Kataraktes 8 kann in bekannter
Weise eine elektrische Bremse verwendet werden.