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Geschwindigkeitsregler, insbesondere für Kraftmaschinen Die Erfindung
betrifft einen Drehzählregler, insbesondere für Kraftmaschinen, bei dem Änderungen
von Geschwindigkeit und Beschleunigung in Druckänderungen einer Flüssigkeit umgeformt
und diese Druckänderungen dazu benutzt werden, um eine Steuerwirkung auszuüben..
Insbesondere in Kraftmaschinen wird der durch den Regler gesteuerte Flüssigkeitsdruck
durch eine Verbindungsleitung zu einem entfernt liegenden Schalter geleitet, der
auf die Druckänderungen anspricht und die Steuerungsmittel der Kraftmaschine in
Tätigkeit setzt, um deren Drehzahl zu regeln.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung solcher Geschwindigkeitsregler
einer neuen und verbesserten Konstruktion.
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Ein Drehzahlregler, bei dem Änderungen von Geschwindigkeit .und Beschleunigung
in Druckänderungen einer Flüssigkeit umgesetzt werden, besteht nach der Erfindung
aus folgenden Teilen: r. einem rotierenen Glied (Drehglied), das den Geschwindigkeitsänderungen
unterworfen ist, 2. einer von diesem Drehglied getragenen Flüssigkeitskammer, 3.
Einrichtungen, um dieser Flüssigkeitskammer eine beschränkte Flüssigkeitsmenge unter
Druck zuzuführen, 4. einem Flüssigkeitsaustritt aus der Flüssigkeitskammer und zu
dessen Steuerung einem Ventilglied, das der Flüssigkeitsdruck in der Kammer, zu
öffnen bestrebt ist und das unter der Wirkung der Fliehkraft relativ beweglich ist,
wodurch sich seine Abhängigkeit von der Drehzahl ergibt, 5. drehbaren trägen Massen
und einer Antriebsverbindung zwischen diesen! und dem er-. wähnten Drehglied, G.
einem elastischen Mittel in dieser Antriebsverbindung und einem Zwischenglied,
das
auf Relativbewegungen zwischen dem Drehglied und den trägen Massen anspricht und
dadurch eine weitere Steuerung der über das Ventilglied austretenden Flüssigkeit
bewirkt, wodurch sich die Abhängigkeit vom! der Beschleunigung ergibt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete . Vorrichtung ist speziell anwendbar
als Geschwindigkeitsregler für Wasserturbinen u. dgl.; die Änderungen des Öldruckes
in der Kammer werden dabei benutzt, um die Schieber im Zuflußrohr durch irgendwelche
bekannten Schalter zu betätigen. Ein geeigneter Schalter, der sich zur Verwendung
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet, wird weiter unten beschrieben.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung an beispielsweisen Ausführungen
erläutert.
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Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt durch eine nur geschwindigkeitsbeeinflußte
Vorrichtung, mit der Aufgabe, ,di,e Wirkungsweise der Erfindung ohne Berücksichüi@gung
des Beschleunigungsfaktors zu erläutern; Fig.2 ist ein ähnlicher schematischer Längsschnitt
derselben Ausführungsart, aber vollständiger in Einzelheiten und einschließlich
einer Einrichtung zum Ansprechen ,auf Beschleunigung; Fig. 3 Ist ein Querschnitt
nach der Linie 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 Ist ein Querschnitt einer Abänderung eines
Details aus der in Eig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung; Fig. 5 ist ein schematischer
Längsschnitt eines Schalters, der durch die geschwindigkei.tsbeeinflußte Vorrichtung
betätigt werden kann.
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In Fig. i besteht das Drehglied, das den Geschwindigkeitsänderungen,
auf die die Vorrichtung ansprechen soll, unterworfen ist, aus einem Arm i, der auf
die Welle :2 saufgekeilt ist; diese wird von der nichtdargestellten Kraftmaschine
angetrieben. Der Arm i trägt in passendem Abstand von der Welle eine Ölkammer 3
mit einer kreisrunden Öffnung gegenüber der Welle. Diese Öffnung wird durch ein
frei bewegliches Kugelventil 4 zwischen der Öffnung und der Welle versperrt.
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Ein Ölkanal 5 verbindet die Ölkammer 3 mit einer in der Welle 2 vorgesehenen
Höhlung 5a, die zu einer öldicht an die Welle anstoßenden stationären Kammer 6 führt.
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Öl aus einem Druckbehälter p wird durch ein Rohr 7 über eine Verengung
8 in die stationäre Kammer 6 geleitet und tritt durch die Ver!bi.ndungskanäle in
die umlaufende Kammer 3 ein, von wo es durch die von der frei beweglichen Ventilkugel
4 beherrschte Öffnung austritt. Ein Fallen der Kugel nach der Welle hin wird durch
die Bauteile verhindert, die dem Ansprechen auf Beschleunigung dienen.
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Im Betrieb wirken zwei Kräfte an der frei beweglichen Kugel einander
entgegen: nach außen die Fliehkraft der Kugel und nach innen die Kraft, die von
.dem Öldruck in der umlaufenden Kammer 3 herrührt. Wenn die letztere Kraft überwiegt,
so .hebt sich die Kugel ein wenig von ihrem Ventilsitz ab und der sichergebende
Ölfluß oder die Zunahme, des Ölflusses .an der Kugel vorbei senkt,den Druck in d
er Kammer 3, :da die Verengung 8 zur Wirkung kommt. So nimmt die Kugel .selbsttätig
eine Stellung ein, in der die beiden Gegenkräfte im Gleichgewicht sind. Somit ist
der Druck .in der Kammer 3 dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional.
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Der Druck in der stationären Kammer 6 ist gleich dem Druck in der
Kammer 3 minus der Fl.iehkrafthöhe der Ölsäule am Radius des Ventilsitzes. Diese
Druckhöhle ist ebenfalls dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional. Somit Ist
der Druck in der stationären Kammer 6 ebenfalls dem Quadrat der Geschwindigkeit
proportional.
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Sofern der Druck in der Speiseleitung oberhalb eines vorherbestimmten
Wertes erhalten bleibt, wird der Druck in der Kammer 6 durch Druckänderungen -in
der Zuleitung nicht beeinflußt werden, .sondern nur von der Geschwindigkeit des
Drehgliedes i abhängen. Ein Abzugrohr ig führt das ausgetretene Öl aus dem Gehäuse
2o ab.
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Ein Rohr 9 überträgt diesen Druck in der Kammer 6 zu einem entfernt
gelegenen Schalter, der auf Druckveränderungen ansp,rücht. Ein solcher Schalter
kann auf viele Arten konstruiert werden; ein Beispiel eines solchen wird weiter
unten beschrieben.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein Schwungrad io mit Wälzlagern i i auf der
Welle 2 gelagert. Eine Druckfeder 12 zwischen einem Arm ioa an dem Schwungrad und
einem Vorsprung ja am Arm i übt ein Drehmoment aus, das das Schwungrad relativ zur
Welle entgegen der im Uhrzeigersinn (von links her ,gesehen) erfolgenden Drehung
der Welle zu verdrehen bestrebt ist. Dieses Drehmo.ment wird aufgehoben .durch eine
Gegenkraft von der Ventilkugel 4, .die über ein Zwischenglied in Gestalt eines gebogenen
Trägers 13 zur Wirkung kommt, dessen eines Ende an einem Vorsprung ib des Armes
i drehbar gelagert ist, während- sich das andere Ende an dem Arm ioa abstützt. Die
Feder 12 stellt in diesem Falle das obenerwähnte elastische Glied in der Antriebsverbindung
für das Schwungrad io dar.
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Wenn keine Beschleunigung vorhanden ist, so übt der Träger 13
auf die Kugel 4 eine Kraft aus, die nur von :der Feder 1ä bestimmt ist. Diese Kraft
.ist bestrebt, den Ölaustritt aus der Kammer 3 zu versperren und erzeugt eine beständige
Zunahme des Druckes in den beiden Kammern 3 und 6.
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Wenn die Kraftmaschine schneller wird, so übt deT Träger 13 auf die
frei bewegliche Kugel 4 eine zusätzliche Kraft aus, .die der Beschleunigung und
dem Trägheltsmomnen:t des Schwungrades io proportional ist. Diese zusätzliche Kraft
erzeugt einen zusätzlichen Druck in den beiden Ölkammern.
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Während der Verzögerung wird die, von der Feder i2 verursachte beständige
Druckzunahme durch einen der Verzögerung proportionalen Betrag vermindert.
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In Fig. 4 sind der Träger 13 und der VorsprUng ib weggelassen. Das
neben der Kugel 4 austretende Öl wird in einer Kammer 14 aufgefangen,
die
eine Öffnung 15 in einer radialen Ebene hat, Ein Zwischenglied in Gestalt eines
Ventilarmes iol am Schwungrad ist unter der Wirkung der Feder 12 bestrebt, diese
Öffnung 15 zu verschließen, und schafft so einen konstanten Druck in.der Kammer
1d., der durch seine Wirkung auf den Ventilarm iob .das Drehmoment von der Feder
12 her aufhebt. Der Druck in der Kammer 14 drückt die Kugel q. nach außen und vergrößert
den Druck in den Kammern 3 und 6 um denselben Betrag.
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Während der Beschleunigung steigt der Druck in der Kammer 14 um einen
zusätzlichen Betrag, der der Beschleunigung und dem Trägheitsmoment des Schwungrades
io proportional ist. Drieser zusätzliche Druck erzeugt einen zusätzlichen Druck
in den Kammern 3 und 6.
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Währ iend der Verzögerung wird der Druck in der Kammer 1.4 um einen
der Verzögerung proportionalen Betrag vermindert.
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In der Fig. 5 tritt der eingeregelte Druck aus der Kammer 6 des Reglerorgans
durch :das Rohr 9 in den Steuerzylii der ioi .ein. Der Steuerkolben i02 bildet mit
dem entlasteten Zweiwegkolbensch.i@eber 102a und .dem Bund io2b ein Ganzes. Die
Kraft am Steuerkolben wird durch die Kraft der auf den Bund 102U wirkenden Feder
103 aufgehoben, so daß bei richtiger Geschwindigkeit der Kolbenschieber in der Mittelstellung
,steht. Das andere Ende der Feder 103 .drückt gegen einen Bund io4b am Ende der
Welle i04, die in Lagern 105 läuft. Das Stirnrad 1od.a steht im Eingriff mit einem
Ritzel i06 auf der Welle einer kleinen Ölturbine oder eines Elektromotors, wodurch
die Welle io.i in Drehung versetzt wird. Die Feder 103 überträgt :die Drehung
auf den Steuerkolb@enschieber i02; .durch die Drehung des Steuerkolbens wird die
Wirkung der Reibung vermindert und die, Genauigkeit erhöht.
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Wenn die Geschwindigkeit der Kraftmaschine zu hoch ist, so steigt
der Druck im Steuerzylinder ioi über Aden normalen Stand. Der Steuerschieber io2a
wird nach links verschoben und läß.t Öl aus dem Vorratsbehälter p' in den Zylinder
i i i eintreten, während der Zylinder 112 nach dem Auslaß d' geöffnet wird. Der
Relaiskolben i09 setzt sich in Bewegung und verschiebt den entlasteten Zweiwegrelaiss:chieber
nach rechts. Gleichzeitig verschiebt Ader mit dem Relaiskolben i09 ein Ganzes bildende
Bund iogb .das untere Ende des Hebels i08 nach rechts herüber. Der Hebel i08 hat
seinen Drehpunkt bei A; :daher bewegen sich der Punkt B, das Längslager 107 und
die Welle i0.4 nach rechts. Dies drückt die Feder 103 zusammen, so daß der Steuerschieber
i02 wieder in seine Mittelstellung zurückgeht und eine weitere Bewegung des Relaisschiebers
zum Stillstand bringt. Auf diese Weise wird der Relaisschieber um eiinen Betrag,
Ader der Abweichung in der Geschwindigkeit proportional -ist, aus seiner Lage gebracht.
Diese Verschiebung läßt Öl aus der Druckzuleitung p" in den rechten Teil des Servomotors
114 eintreten, der Kolben 115 mit der Kolbenstange I ,5b bewegt sich nach
links und treibt die Steuerungsmittel Ader Kraftmaschine an, um die Geschwindigkeit
herabzusetzen.
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Die Einstellung auf eine bestimmte Geschwindigkeit erfolgt durch Verschiebung
des Drehpunktes A für .den Hebel i08. Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, muß das
Ende C der Stange 116 nach rechts verlegt werden.
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In solchen Fällen, wo die K:raftmas hine nur einen relativ klieinen
Servomotor zur Betätigung ihrer Steuerungsmittel braucht, kann der mit Drucköl betriebene
Servomotor unmittelbar dumch den Steuerschieber betätigt werden; der Relaisschieber
und der Hebel i08 sind dann entbehrlich.