NO116187B - - Google Patents

Description

Reguleringsinnretning for hydrauliske turbiner.

De vannturbiner som brukes for fremstilling av elektrisk effekt er delt i tre hovedtyper: Prancis-turbinene, Pelton-turbinene og Kaplan-turbinene. De to siste turbintyper erkarakterisertved at de har dobbelt regulering.

Den største del av Pelton-turbinene omfatter minst en dyse som regulerer leveringen av vann og minst en skjerm som kan avbøye vannet slik at det ikke slår mot løpehjulet.

Kaplan-turbinen omfatter et fordelingsorgan, det såkalte ledenjul, som er anbragt mellom tilførselsrøret og løpehjulet og som regulerer mengden av det vann som strømmer gjennom turbinen. Løpe-hjulet omfatter et nav med flere skovler som kan svinge om en akse, i alminnelighet loddrett på dreieaksen, og danner således et hjul med variabel stigning. Vei å endre stigningen er det således mulig å forbedre turbinens virkningsgrad i avhengighet av den vannmengde som passerer. Regulatoren virker samtidig på stillingene for fordeleren og på stillingene for bladene på

hjulet.

Kaplan-turbinene omfatter således et element som oppretter en samordning mellom stillingene for fordeleren i turbinen og stillingene for bladene på hjulet. Denne samordningsinnretning er ofte utført ved hjelp av kammer som kan være innrettet slik at når fallhøyden varierer, blir turbinens virkningsgrad den best mulige under normal drift uavhengig av den effekt som avgis og den fallhøyde som foreligger.

Hastighetsregulatoren for disse turbiner virker på fordelingssleiden som, gjennom en første servomotor regulerer ledeskovlstillingen.

Ved hjelp av en samordningsinnretning styrer denne stilling igjen fordelingssleiden for en annen servomotor som styrer bevegelsen av bladene på hjulet, slik at under normal drift vil hver lede-åpning svare til en eneste stilling av bladene på hjulet.

Denne fremgangsmåte kan brukes under likevektsforhold, men den gruppe som er utstyrt med en regulator av denne art vil ikke forholde seg gunstig når det gjelder reguleringsstabilitet, spesielt når den effekt som ytes av turbinen ligger nær maksimal effekt.

Vanskelighetene ved reguleringen skyldes spesielt den omstendighet

at for store lede-åpninger må reguleringen utføre store slag for en liten endring av maskinens effekt.

Por å forbedre dette forhold er det forsøkt å påvirke fordelingssleiden for bladene på hjulet, spesielt på ordre fra samordningsinnretningen men også på direkte ordre fra regulatoren. En maskin som er forbedret på denne måten forholder seg bedre enn den fore-gående, men bladstillingen på hjulet er uten direkte virkning på

det ledeapparat som styrer denne.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å overvinne de regulerings-vanskeligheter som er konstatert. Den går ut på en reguleringsinnretning for hydrauliske turbiner, særlig Kaplan-turbiner, for styring av ledeskovlene og løpehjulsskovlene til en ytelsesavhengig, forut bestemt innbyrdes stilling, omfattende en hastighetsregulator som påvirker minst to fordelersleider for servomotorer for lede-, henhv. løpehjul-skovl-reguleringen, idet servornotorene står i forbindelse med en koblingsinnretning som er innrettet til å avgi et styresignal, tilsvarende avvikelsen av servomotorenes faktiske stilling fra deres ønskede stilling, for tilbakeføring til den ønskede stilling, hvor det særegne består i at koblingsirmretningen ved hjelp av styresignalene påvirker fordelersleidene i motsatte retninger som styrer servornotorene slik at det fremkalles en lukkebevegelse for de skovler som er for åpne og en åpnebevegelse for de skovler som er for lukket.

Tegningen viser et eksempelvis skjema for en utførelsesform for anlegget i henhold til oppfinnelsen.

Dette anlegg for hastighetsregulering for.en vannturbin med dobbelt regulering omfatter et regulatorelement 1 som skal bevirke forskyvning av et punkt 2 i avhengighet av reguleringsparametre som er egne for dette. Eksempelvis forskyver punktet 2 seg oppover når hastigheten er større enn den som ønskes.

Dette regulatorelement 1 kan omfatte et tachy-meter, et. aksellero-meter, en innretning med permanent statisme, en innretning med forbigående statisme, eller hvilket som helst annet kjent system. Dette element kan også være elektronisk. En vektstang 30 som er hengslet i et fast punkt 3 er også hengslet i punktet 2. Denne vektstang overfører bevegelsene fra punktet 2 til følgende andre overføringsorganer:

Først og fremst en arm 31 som er hengslet ved 4a på vektstangen 30

og ved 5a på en stang 38; deretter en arm 32 som ved en av sine ender er hengslet ved 4b på vektstangen 30 og ved sin annen ende ved 5b på en stang 39. Stangen 38 er hengslet ved 7a på sleiden 40 i en fordeler 8a for styring av en servomotor 10a. Stangen 39

er hengslet ved 7b på sleiden 41 i en fordeler 8b for styring av en servomotor 10b. Servomotoren 10a har et dif ferens iaOsfcempel 42 som gjennom en stang 11a er forbundet med fordeleren, eller ledeapparatet 12a for turbinen. Servomotoren 10b omfatter et differensial -stempel 43 som gjennom en stang 11b er forbundet med styreapparatet for stigningen for bladene på et hjul 12b i Kaplan-turbinen. Åpningsretningen for fordeleren, eller ledeapparatet 12a er antydet ved hjelp av pilen 44, mens åpningsretningen for bladene på turbinhjulet 12b er antydet ved hjelp av pilen 45.

Tilførselen av olje under trykk til servornotorene 10a og 10b foregår fra en beholder 46 hvorfra oljen blir pumpet ved hjelp av en pumpe 9 som avgir den til en ledning 47 som fortsetter i to gren-ledninger 48 og 49. Grenledningen 48 fører dels til et rom 50

i fordeleren 8a og dels, gjennom en avgrening 51 til sylinderen 52

i servomotoren 10a, på den lille side av stemplet 42. Ledningen 49 fører til et rom 53 i fordeleren 8b og, gjennom en avgrening 54,

til sylinderen 55 i servomotoren 10b, på den lille side av stemplet

43. Den annen ende av sylinderen 52 er gjennom en ledning 56 forbundet med et midt-rom 57 i fordeleren 8a. Den venstre side av v sylinderen 55 er på samme måte forbundet gjennom en ledning 58

med et midt-rom 59.i fordeleren 8b.

Hver fordeler 8a, henhv. 8b omfatter et tredje rom 60 henhv. 61

som står i forbindelse med en avløpsledning 62 som fører til beholderen 46.

Differensialstemplet 42 i servomotoren 10a er fast forbundet med en stang 63 som fører fra et punkt 13a på den stre flate på stemplet 42 til hengselpunktet for en føring 14a. Stemplet 43 er på samme måten forbundet med punktet 14b gjennom en stang 64 fra punktet 13b på den store side av stemplet. Forbindelsen mellom punktene 14 og 14b er opprettet ved hjelp av en stang 33.

Samordningsinnretningen for dette reguleringsanlegg omfatter en

kam 15 som er stivt forbundet med stangen 33. Profilet 65 for denne kam 15 har en form som tar nøyaktig hensyn til samordningsloven for stillingene for servornotorene 10a og 10b for styring av ledeapparatet 12a for turbinen, henhv. for stigningen for bladene på turbinhjulet 12b. Denne samordningsinnretning omfatter dessuten en vektstang 34 som glir i en føring 17. Denne stang 34 bærer ved den ene ende en rulle 16 som danner et følge-organ for profilet 65 på kammen 15. Den annen ende av stangen 34 er hengslet ved 18

på en stang 35 som kan svinge om et fast punkt 19. Denne stang 35

er forbundet med stangen 38 gjennom en arm 36 som dels er hengslet ved 20a på stangen 35 og dels ved 6a på stangen 38. Enden 20b av stangen 35 er hengslet på en arm 37 som dessuten er henslet ved 6b ved den ene ende av stangen 39.

Det vil sees at de loddrette bevegelser av rullen 16 blir overført gjennom stangen 34 til vektstangen 35, som overfører sine svinge-bevegelser dels til sleiden 40 i fordeleren 8 og dels til sleiden 41 i fordeleren 8b.

Det skal først henvises til virkemåten for hver av fordelerne 8a,

8b for styring av servornotorene 10, henhv. 10b. Da disse anordninger, fordeler 8a - servomotor 10a, og fordeler 8b - servomotor 10b er like, er det tilstrekkelig å forklare virkemåten for en av anord-ningene. Når det midtre stempel i sleiden 40 i fordeleren 8 inn-

tar en stilling midt på sitt slag, dvs. sin likevektstilling, er den oljemengde som kommer fra pumpen 9 null, da oljen ikke kan slippe ut av rommet 50. Selv om oljetrykket virker på den lille flate på stemplet 42 gjennom avgreningen 51, kan dette stempel 42 ikke bevege seg da oljevolumet i den venstre del av sylinderen 52 holdes konstant ved at ledningen 56 er stengt ved hjelp av det midtre stempel i sleiden 40. Hvis derimot sleiden 40 blir forskjøvet oppover, vil det sees at oljefordelingen foregår på en slik måte at den venstre del av servomotoren 10a settes i forbindelse med avløpsledningen 62 gjennom ledningen 56 og rommet 60, mens den høyre del av sylinderen 52 holder seg i forbindelse med pumpen 9,

og fremkaller en bevegelse fra høyre mot venstre av stemplet 42

i servomotoren 10a, dvs. en bevegelse for lukking av ledeapparatet 12a. Det motsatte finner sted ved en bevegelse nedover av sleiden 40 i fordeleren 8a, en nedadgående bevegelse som bevirker en åpningsbevegelse for ledeapparatet 12a. Hvis det forutsettes ab vektstangen 30 inntar en fast stilling i rommet og at bladene på turbinhjulet 12b er for åpne i forhold til stillingen av ledeapparatet 12a, vil denne for store åpning uttrykkes ved at hengselpunktet 14b ligger for langt til høyre i forhold til skjemaet, at punktene 16 og 18 ligger for lavt, at punktene 20a, 6a og 7a også ligger for lavt, slik at det fremkalles en bevegelse fra venstre mot høyre av stemplet 42 i servomotoren 10a. Denne bevegelse svarer til en åpningsbevegelse for ledeapparatet 12a. Punktene 20b, 6b og 7b, som ligger for høyt, vil bevirke en bevegelse fra høyre mot venstre av stemplet 43 i servomotoren 10b, dvs. en lukkebevegelse for bladene på hjulet 12b. De to bevegelser søker å kompensere årsaken som har frembragt dem. De stanser når hjulet 16 inntar den opprinnelige likevektstilling.

Det vil således legges merke til at samordningsinnretningen virker samtidig på de toservomotorer som utgjør den dobbelte regulerings-anordning ved å åpne det organ som er for meget lukket og lukke det som er for meget åpent i forhold til samordningen.

En lignende beskrivelse kan gis for en Pelton-turbin.

I det tilfelle er det nødvendig å erstatte ledeapparatet for turbinen med en skjerm og bladene på hjulet med dysestifen eller om-vendt.

For å forbedre reguleringskarakteristikkene er det nødvendig å innstille de relative virkninger av de forskjellige bevegelser.

Hvis f.eks. punktet 4b beveges til 4'b, eller til 4''b, vil denne forskyvning bevirke økning eller minsking av den påvirkning som kommer fra regulatorelementet . 1 på sleiden i fordeleren 8b.

På lignende måte er det mulig å forskyve punktene 4a, 20a og 20b hvorved det er mulig individuelt å regulere virkningene av regulatorelementet og av sam—ordnings innretningen eller betjeningen på

servornotorene for ledeapparatet Og for hjulet.

Den utførelsesform som er vist på tegningen gjør bruk av mekaniske elementer. Det er imidlertid klart at samme hensikt kan oppfylles ved å erstatte disse mekaniske elementer med elektriske elementer, f.eks. potensiometre, variometre, selsyner som gjør det mulig å overføre en bevegelse ira ett sted til et annet. •

En lignende utførelse under bruk av hydrauliske overføringer er også mulig.

Claims (3)

1. Reguleringsinnretning for hydrauliske turbiner, særlig Kaplan-turbiner, for styring av ledeskovlene og løpehjulskovlene til en ytelsesavhengig, forut bestemt innbyrdes stilling, omfattende en hastighetsregulator som påvirker minst to fordelersleider for servomotorer for lede-, henhv. løpehjuls-skovl-reguleringen, idet servornotorene står i forbir.delse med en koblingsinnretning som er innrettet til å avgi et styresignal, tilsvarende avvikelsen av servomotorens faktiske stilling fra deres ønskede stilling, for tilbakeføring til den ønskede stilling, karakterisert ved at koblingsinnretningen ved hjelp av styresignalene påvirker fordelersleidene (40,4-1) i motsatte retninger som styrer servornotorene (10a,10b) slik at det fremkalles en lukkebevegelse for de skovler som er for åpne og en åpnebevegelse for de skovler som er for lukket.

2. Reguleringsinnretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at styresignalverdien kan endres.

3. Reguleringsinnretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at koblingsinnretningen omfatter en kam (15) hvis stilling er avhengig av stillingene for de to servomotorer (10a, 10b), idet en følgeranordning (16), som følger omrisset (65) av kammen (15) er i berøring med denne, og at overføringselementer (34-39) forbinder følgeranordningen (16) med fordelersleidene (40,41) på en slik måte at det ved forskyvning av den ene sleide i en retning bevirkes forskyvning av den annen sleide i den motsatte retning.