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Regeleinrichtung für Dampfkraftanlagen mit parallel geschalteten Kraftmaschinen
Wenn man eine Dampfkraftanlage zu regeln hat, die mehrere parallel geschaltete Kraftmaschinen
aufweist, so würde man, wenn man diese Kraftmaschinen sämtlich Isodromreglern unterstellte,
nicht imstande sein, bei einer Gleichgewichtsstörung ein gleichbleibendes Belastungsverhältnis
-aller Kraftmaschinen aufrechtzuerhalten. Tritt eine Gleichgewichtsstörung ein,
so würde stets derjenige Regler, dem eine größere Ansprechempfindlichkeit zu eigen
ist als den übrigen, vor den anderen Reglern in Funktion treten und mit einem größeren
Anteil zu der Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes beitragen als die übrigen
Regler, so daß also eine gleichmäßige Lastaufteilung auf die einzelnen Maschinen
hierdurch gestört wird. Die nachfolgend beschriebene Erfindung beschäftigt sich
mit der Aufgabe, eine für solche Anlagen geeignete Regelung zu schaffen, die es,
ohne daß auf die Verwendung von Reglern der isodromen Bauart verzichtet werden muß,
ermöglicht, bei eintretenden Gleichgewichtsstörungen eine gleichmäßige Lastaufteilung
auf alle parallel geschalteten Maschinen sicherzustellen. Erfindungsgemäß wird das
im vorliegenden Fall dadurch erreicht, daß die Regler mit Quotientengetrieben versehen
sind, in denen einerseits die Druckänderungen des Frischdampf- bzw. Gegendrucknetzes,
andererseits die Änderungen einer von der Maschinenbelastung abhängigen Betriebsgröße
miteinander verglichen werden und be_i Störung dieses
Verhältnisses
eine auf das Steuerglied des Reglers einwirkende Bewegung entsteht.
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Für die Getriebe sind also nicht die Absolutwerte der Betriebsgrößen
maßgeblich, sondern lediglich ihr Verhältnis. Solange ein bestimmtes Verhältnis
der Werte aufrechterhalten bleibt, ist das Getriebe in Ruhe und ändert seine Stellung
nicht. Erst wenn das Verhältnis der beiden miteinander zu regelnden Größen gestört
wird, tritt eine Verstellbewegung ein, bis das Verhältnis wiederhergestellt ist.
Die beiden Größen brauchen nach Wiederherstellung des Verhältnisses nicht ihren
ursprünglichen Wert wieder erreicht zu haben, sondern können davon abweichen, sofern
nur die Änderung beider Größen proportional wird.
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Die Fig. i und 2 zeigen die Schaltbilder zweier Dampfkraftanlagen,
für die die Anwendung der Erfindung in Betracht kommt. Beide Anlagen weisen zwei
Dampfkraftmaschinen i und 2 auf, die finit Dampf aus einem gemeinsamen Frischdampfnetz
3 betrieben werden und ihren Abdampf an ein gemeinsames Niederdrucknetz 4 abgeben.
Das Niederdrucknetz dient zur Speisung irgendwelcher weiterer Dampfverbraucher,
wie beispielsweise einer Kondensatormaschine 5 od. dgl. Die Hochdruckdampferzeugung
erfolgt durch einen oder mehrere Dampferzeuger 6. Für die Regelung der Kraftmaschinen
sind Regler 7 bzw. 8 vorgesehen, die in den Abbildungen nur sinnbildlich angedeutet
sind. Die beiden Anlagen unterscheiden sich darin voneinander, daß bei der Anlage
nach Fig. i eine Überströmregelung, bei der Anlage nach Fig.2 eine Gegendruckregelung
erfolgt. In dem ersten Fall lösen also Dampfdruckänderungen im Frischdampfnetz 3,
im zweiten Fall Dampfdruckänderungen im Abdampfnetz 4 einen Regelvorgang aus. Die
Einwirkung der Regler erfolgt in allen Fällen auf die Dampfeinlaßventile 9 und io
der Kraftmaschinen i und 2, und zwar bei der Anlage nach Fig. i in dem Sinn, daß
die Regler die Ventile bei steigendem Druck in der Leitung 3 weiter zu öffnen, bei
sinkendem Druck weiter zu schließen suchen, während die Regler bei der Anlage nach
Fig. 2 das Öffnungskommando bei sinkendem Druck in dem Dampfnetz 4, das Schließkomrriando
bei steigendem Druck in diesem Drucknetz erteilen. Die Dampfkraftmaschinen können
sämtlich, wie in den Abbildungen noch nebenbei durch die eingezeichneten Fliehkraftpendel
angedeutet ist, mit drehzahlabhängigen Schnellschlußvorrichtungen versehen sein.
Der Einfluß der Druckänderungen in den Leitungen 3 und 4 auf die Regler ist jeweils
durch Impulslinien ii und 1.2 zum Ausdruck gebracht. Daß die Regler auf die Ventile
9 und io arbeiten, deuten die Impulslinien 13 und 14 an. Erfindungsgemäß unterstehen
die Regler nicht allein dem Einfluß der Druckänderungen in den Dampfleitungen 3
bzw. 4, sondern erhalten nebenher auch noch Steuerkommandos, .die, ganz allgemein
gesprochen, von Belastungsänderungen der Kraftmaschinen ausgehen. Bei den betrachteten
Anlagen wirkt noch der Druck in einer Radkammer der beispielsweise als Turbine zu
denkenden Kraftmaschinen auf das Steuerglied des Reglers ein. Diese Einflußnahme
ist in den Abbildungen durch Impulslinien 15 und 16 angedeutet. Statt dessen kann
die zusätzliche Beeinflussung der Regler beispielsweise auch von Stellungsänderungen
der Ventile 9 und io oder von Änderungen elektrischer Betriebsgrößen auf der Generatorseite
bewirkt werden.
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Um nun das Verhalten der Regler bei Druckänderungen in der Frischdampfleitung
3 bzw. der Abdampfleitung 4 verständlich machen zu können, muß zunächst kurz einiges
über den Aufbau der Regler selbst vorausgeschickt wenden.
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Die nachfolgende Betrachtung geht von einem isodromwirkenden elektrischen
Regler aus, wie ihn die deutsche Patentschrift 639 229 eingehender beschreibt. Bei
diesem Regler besteht das Steuerglied, d. h. derjenige Teil, der die Regelkommandos
auslöst, aus einem von einem Manometer bewegbaren, stromführenden Zeiger, dem zwei
durch eine isodromwirkende Rückführungseinrichtung bewegbare Gegenkontaktzeiger
zugeordnet sind. Berührt der Manometerzeiger den einen oder anderen der beiden Gegenkontaktzeiger,so
werden hierdurch in dem einen bzw. anderen Drehsinn jeweils gleichzeitig einerseits
ein elektrischer Verstellmotor für das zu regelnde Organ, andererseits ein Elektromotor
zur Betätigung der Rückführungseinrichtung in Betrieb gesetzt, welch letztere die
Gegenkontaktzeiger damit dem Manometerzeiger nachdreht und die Kontaktgabe wieder
aufhebt. Diese Nachlaufbewegung der Gegenkontaktzeiger kehrt sich dann zufolge eines
Öldruckausgleiches derRückführungseinrichtung in eine Rücklaufbewegung dieser Zeiger
um, so daß diese Zeiger also wieder langsam ihrer Ausgangsstellung zustreben. War
die Auswirkung der Bewegung des von dem Regler verstellten Organs bereits hinreichend
groß, so daß der Manometerzeiger mit den rückläufigen Gegenkontaktzeigern, aber
ohne mit diesen erneut in Berührung zu kommen, ebenfalls in seine Ausgangsstellung
zurückkehrt, so ist das Regelspiel damit beendet. Andernfalls, also wenn zwischen
dem einen oder anderen der rücklaufenden Gegenkontaktzeiger und dem Manometerzeiger
eine erneute Berührung eintritt, wiederholt sich das beschriebene Spiel so lange,
bis die Zahl der Regelschritte schließlich für die Wiederherstellung des Regelgleichgewichts
ausreicht.
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Die Abb. 3 bi's 5 zeigen diejenigen Teile des Reglers, deren Wirkungsweise
für das Verständnis der Erfindung von besonderer Bedeutung ist. Hierin ist der Manometerzeiger
mit 17 bezeichnet. 18 und 19 sind die beiden Gegenkontaktzeiger, die ebenso wie
der Zeiger 17, aber unabhängig von diesem, um den Punkt 2o drehbar sind. Sie sind
im übrigen an einem Hebel ei befestigt, an welchem etwa im Punkt 22 das Gestänge
der isodromwirkenden Rückführungseinrichtung angreift. Der Zeiger 17 ist mit einem
Ritzel 23 verbunden, das mit einem Zahnsegment 24 in Eingriff steht. Dieses Zahnsegment
bildet den Teil eines Hebels 25, der sich um den Punkt 26 drehen kann. Der Hebel
25 trägt
einen Zapfen 27, um den ein Hebel 28 drehbar ist. An diesem
Hebel greift im Punkt 29 ein Kolbenmanometer 30, im Punkt 31 ein Kolbenmanometer
32 an. Bei Verwendung der Regeleinrichtung für die in Fig. z dargestellte Anlage
wird auf den Kolben 33 durch eine Leitung 34 der in der Dampfleitung 3 (Fig. z)
herrschende Druck zur Einwirkung gebracht, dem auf der anderen Seite eine Feder
35 das Gleichgewicht hält. Auf den Kolben 36 des anderen Kolbenmanometers wirkt
durch eine Leitung 37 der im. Gehäuse der Kraftmaschine herrschende Druck ein, dem
eine Feder 38 das Gleichgewicht hält. Der. Leitung 34 entsprechen Impulslinien
z1 bzw. 12, der Leitung 37 entsprechen die Impulsleitungen 15 bzw. 16.
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Tritt bei der Anlage, wie sie Fig. r zeigt, eine Gleichgewichtsstörung
ein, etwa dadurch, daß eine der parallel geschalteten Kraftmaschinen außer Betrieb
gesetzt wird und der Druck in der Dampfleitung 3 ansteigt, so wandert der Kolben
33 (Fig. 3) nach links und zieht den Hebel 25 mit dem Zahnsegment 24, da der Punkt
31 zunächst festliegt, nach links herüber mit dem Ergebnis, daß der Zeiger
17 im Uhrzeigersinn ausschlägt, mit dem Gegenkontaktzeiger z9 in Berührung kommt
und ein Regelkommando ausgelöst wird. Der Regler tritt damit in der oben beschriebenen
Weise in Funktion und sucht den Druck in der Leitung 3 durch weiteres Öffnen des
Dampfeinlaßventils zur Kraftmaschine wieder zu senken. Da er hierbei das 'den Dampfeinlaß
der ihm unterstellten Kraftmaschine regelnde Ventil weiter öffnet, beginnt sich
sofort ein zweiter Einfluß auf den Regler auszuwirken, der seine Ursache in einer
Dampfdruckerhöhung innerhalb des Kraftmaschinengehäuses hat. Die Folge dieses Druckanstieges
ist eine Verschiebung des in dem Punkt 31 angelenkten Kolbens 36 nach rechts, wodurch
bei jetzt feststehend zu denkendem Punkt 29 der Hebel 25 aus der in Fig.4 gezeigten
Stellung in die in Fig.5 dargestellte Ausgangs- oder Mittelstellung zurückgeholt
wird. Bei dieser Hebelstellung, bei der auch der kontaktgebende Zeiger 17 wieder
die Ausgangsstellung einnimmt, ist die Arbeit des Reglers, die sich in Wirklichkeit
meist aus einer Mehrzahl kleiner Verstellschritte zusammensetzen wird, beendet.
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Betrachtef man nun die in Fig. 5 dargestellte Lage der einzelnen Teile
genauer, so findet man damit eine Erklärung dafür, weshalb die beschriebene Regelung
imstande ist, bei Belastungsänderungen der parallel geschalteten Kraftmaschinen
eine gleichbleibende Lastverteilung auf diese Maschienen zu gewährleisten. Das,
worauf es hierbei ankommt, ist die Tatsache, daß der Regler mit der Wiederherstellung
des Gleichgewichts, obgleich es sich um einen Regler isodromer Bauart handelt, den
Druck in der Dampfleitung 3 nicht wieder auf den Ausgangswert, sondern auf einen
etwas höheren Wert eingeregelt hat. Das geht ganz einfach daraus hervor, daß der
'Kolben 33 des Manometers 3o in Fig. 5 jetzt eine Lage einnimmt, bei welcher die
Feder 35 stärker gespannt ist als bei der Kolbenlage. die Fig. 3 zeigt. Vor dem
Kolben 33 herrscht also jetzt ein etwas höherer Duck als vor Beginn der Regelung.
Daß der Hebel 25 sowie das Steuerglied 17 dennoch wieder in die Ausgangsstellung
zurückgekehrt sind, ist die Folge davon, daß auch der Kolben 36 des Manometers 32
unter der Einwirkung eines vergrößerten Druckes im Gehäuse der geregelten Maschine
nach rechts ausgewichen ist und der Hebel 28 jetzt zu dem Hebel
25 eine Winkelstellung einnimmt. Da, wie hervorgehoben, der Druck in der
Dampfleitung 3 nach beendeter Regelung etwas höher liegt als vor dem Reglereingriff,
hat die Regelanlage, obgleich sie mit einer isodromwirkenden Rückführungseinrichtung
ausgestattet ist, im vorliegenden Fall mit bleibender Ungleichförmigkeit gearbeitet,
hat man also, mit anderen Worten ausgedrückt, einen Isodromregler mit einer überlagerten
Statik vor sich. Daß eine Regelung mit statischer Charakteristik bei parallel geschalteten
Kraftmaschinen eine gleichbleibende Lastverteilung auf die einzelnen Maschinen gewährleistet,
ist bekannt. Auch im vorliegenden Fall wird also die Aufgabe, die der Erfindung
zugrunde liegt, letzten Endes im Prinzip dadurch gelöst, daß künstlich ein statischer
Einfluß auf den mit einer isodromen Rückführungseinrichtung ausgestatteten Regler
ausgeübt wird.