DE545910C - Regelungsvorrichtung fuer Kraftmaschinen - Google Patents

Description

Bisher war es meistens üblich, die Regelvorrichtungen von Kraftmaschinen unmittelbar mit der Maschine zu verbinden. Diese Anordnung macht aber besonders bei Dampfturbinen neuzeitlicher Bauart große Schwierigkeiten. Durch Anwendung kleiner Raddurchmesser werden die Regelapparate im Verhältnis zur Maschinengröße unförmig, und sie lassen sich nicht leicht mit den

ίο übrigen Bestandteilen der Maschinen verbinden. Dazu kommt, daß durch die größere Länge der Maschine größere Entfernungen zwischen den einzelnen Teilen der Regelvorrichtung zu überwinden sind. Dies gilt besonders für die mehrgehäusigen Maschinen, bei denen zur Dampfentnahme oder aus anderen Gründen Regelorgane an verschiedenen Gehäusen vorhanden sind.

Das Bestreben der Technik ist es daher,

ao die Steuerorgane von der Maschine loszulösen. Hierfür wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, welche jedoch noch nicht vollkommen zufriedenstellen konnten. So hat man beispielsweise eine Regelungsvorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die Kraftgetriebe durch einen Flüssigkeitsdruck beeinflußt werden, der von einer in Abhängigkeit von der zu regelnden Maschine umlaufenden Pumpe erzeugt wird. Hierbei ist zwar eine vollkommene Trennung der Regelungsorgane von der Maschine erreicht. Die Vorrichtung hat jedoch in dieser Ausführung den Nachteil, daß der \^ron der Flüssigkeitspumpe erzeugte Druck unmittelbar auf den Kraftkolben des Kraftgetriebes einwirkt. Eine derartige Anordnung erfordert indessen zur Betätigung der Regelungsorgane die Anwendung von großen Verstellkräften, die bei kleinen Drehzahlschwankungen mittels einer Ölpumpe nicht erzeugt werden können. Diese Art der Regelung besitzt demnach eine zu hohe Unempfindlichkeit, die sie für den praktischen Betrieb bei den heutigen Anforderungen an Kraftmaschinen unbrauchbar macht.

Zur Verbesserung dieser bekannten Regelvorrichtung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das den Steuerflüssigkeitsdruck regelnde Organ als einen in der Regeltechnik an sich bekannten Strahlrohrregler auszubilden, welcher entweder von dem Förderdruck einer mit der zu regelnden Maschine umlaufenden Pumpe allein oder von dem Förderdruck der Pumpe und unter der Einwirkung des Dampfdruckes eines oder mehrerer Dampfnetze verstellt wird.

Auf diese Weise wird eine hochempfindliche Regelungseinrichtung geschaffen, die von der Maschine vollkommen losgelöst ist und daher störungsfrei zu arbeiten vermag. Ein mechanischer Fliehkraftregler ist ver-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Theodor Stein in Berlin-Eichkamp.

film

mieden und statt dessen und anderer empfindlicher Regelungsorgane eine Einrichtung verwendet, welche in ihrer Wirkung praktisch masselos ausgeführt werden kann, so daß sie infolge ihrer hohen Empfindlichkeit auch auf geringe Drehzahlschwankungen der Maschine leicht und rasch anspricht. Ferner ist durch die Verwendung des Strahlrohres die Möglichkeit gegeben, die Regelung, außer der ίο Verbindung mit Dampfdruckreglern, mit einer Rückführung zu versehen, indem der Steuerdruck auf das Kraftgetriebe einwirkt.

Weitere Vorteile und Kennzeichen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

Die Zuordnungen des Regleröldruckes der Pumpe und des Steueröldruckes der Kraftgetriebe läßt sich auf verschiedene Arten durchführen. Bei der Ausführung gemäß Abb. ι der Zeichnung wirkt der Förderdruck der Ölpumpe 1 auf einen federbelasteten Regler 2, dessen Hub sich mit der Drehzahl ändert. Der Regler bewegt ein Strahlrohr 3, welches Steuerdrucköl gegen die Steueröffnung 4 strömen läßt. Steht das Strahlrohr mitten vor der Steueröffnung, so herrscht dort annähernd der volle Öldruck, mit welchem das Strahlrohr gespeist wird, da sich die Geschwindigkeitsenergie des ölstrahles fast vollständig in Druck umsetzt. Entfernt sich das Strahlrohr von der Mittelstellung, z. B. nach unten, dann sinkt der Öl-SS druck in der Steueröffnung bis auf Null, wenn der Ölstrahl die Steueröffnung überhaupt nicht mehr erreicht. Jeder Stellung des Strahlrohres ist also ein bestimmter Öldruck zugeordnet, welcher im Beharrungszustand, also bei ruhender ölmenge zwischen Steueröffnung und Kraftgetriebe, einer bestimmten Stellung der Kraftgetriebe entspricht. Bei Beharrung entspricht also jeder Drehzahl ein bestimmter Öldruck der Pumpe, ein bestimmter Hub des Reglers 2, folglich eine zugehörige Stellung des Strahlrohres 3, und dadurch ein Steueröldruck, welcher von der Steueröffnung 4 auf die Kraftgetriebe 5 übertragen wird.

Bei Belastungsänderungen vollzieht sich der Steuervorgang folgendermaßen:

Bei steigender Last, also sinkender Drehzahl, vermindert sich der Reglerdruck der Pumpe i, der Regler 2 bewegt sich unter dem Einfluß der Federkraft, das Strahlrohr 3 nähert sich der Mittelstellung, und es fließt so lange Öl durch die Steueröffnung 4, bis der Öldruck in dieser der neuen Stellung des Strahlrohres entspricht. Durch diesen ölzufluß bewegt sich das Kraftgetriebe 5 so lange, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist, indem durch den erhöhten Dampfzufluß zur Kraftmaschine eine Erhöhung der Kraftleistung der Maschine stattfindet. Umgekehrt wird bei sinkender Last, also steigender Drehzahl, das Strahlrohr aus der Mittellage entfernt, und es findet ein Rückfluß von Öl durch die Steueröffnung 4 statt, bis sich durch den verringerten Dampfzufluß zur Maschine ein neuer Beharrungszustand einstellt. Die Kraftgetriebe 5 lassen sich in bekannter Weise durch Abstimmung der Federkräfte derart einstellen, daß sie unter dem Einfluß des Steueröldruckes nacheinander öffnen und schließen.

Abb. 2 zeigt beispielsweise eine Verbindung des Geschwindigkeitsreglers mit Druckreglern, welche zur Steuerung von Kraftmaschinen dienen. Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Gegendruckmaschine, deren Dampfdurchsatz unter dem Einfluß des Frischdampfdruckes gesteuert wird. Die Regelung hat ferner zwei Druckbegrenzungen, die bewirken, daß bei Über- oder Unterschreitung eines bestimmten Grenzwertes der Gegendruckdampfspannung die Beeinflussung vom Frischdampfdruck der Turbinensteuerung ausgeschaltet wird. Es ist ferner ein Geschwindigkeitsregler vorgesehen, der bewirkt, daß Drehzahlschwankungen in vorher bestimmten Grenzen zugelassen, jedoch darüber hinaus nicht über- oder unterschritten werden.

In Abb. 2 ist zwecks besserer Übersicht lediglich die Kraftmaschinensteuerung dargestellt. Der Regler 6 bildet den Überstromregler, welcher unter dem Einfluß des Frischdampfdruckes steht. Derselbe ist bestrebt, den Dampfzufluß zur Maschine bei steigendem Frischdampfdruck zu vergrößern. Solange der Grenzbereichregler 7 nicht eingreift, bildet die Verbindung zwischen dem Kolben des Grenzbereichreglers und des Steuergestänges den Drehpunkt, um welchen der Steuerungshebel bewegt wird. Der Grenzbereichregler 7, der unter dem Einfluß der Dampfspannung im Gegendrucknetz steht, arbeitet unter Anwendung von zwei Federn in der Weise, daß er in Ruhe bleibt, solange der Dampfdruck, welcher auf den Regler einwirkt, einen bestimmten Grenzbereich nach oben oder unten nicht überschreitet. Beim Eingreifen des Grenzbereichreglers wird der Drehpunkt für die Bewegung des Verbindungsgestänges von rechts nach links verlegt, wodurch der Einfluß des Druckreglers 6 auf die Kraftmaschinensteuerung ausgeschaltet wird. Beim unzulässigen Absinken des Dampfdruckes im Gegendrucknetz hebt sich der Kolben des Grenzbereichreglers 7 und vermehrt den Dampfzufluß zur Kraftmaschine, wobei nur die innere Feder des Reglers den Widerstand des Steuerkolbens zu überwinden hat.

Beim unzulässigen Ansteigen des Gegendruckes der Kraftmaschine überwindet der auf der Fläche des Kolbens lastende Druck den Widerstand der beiden Federn, wodurch eine Verringerung der Dampfzufuhr zur Kraftmaschine herbeigeführt wird. Der Geschwindigkeitsregler 8 ist bei dieser Anordnung in neuartiger Weise ebenfalls als Grenzbereichregler ausgebildet, wobei beim Über- oder ίο Unterschreiten der zugelassenen Drehzahländerungen die Dampfzufuhr zur Kraftmaschine unabhängig vom Dampfzustand vor oder hinter der Kraftmaschine erhöht bzw. verringert wird. Die Wirkung der Drehzahländerung wird mit Hilfe eines Hebels 9 erzielt, dessen Stellung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Ölpumpe mittels des Kraftkolbens 8 bestimmt wird.

Bei Drehzahländerungen der Kraftmaschine über den zulässigen Grenzbereich greift der Geschwindigkeitsregler mittels des Hebels 9 mit Hilfe der Anschläge 10 oder 11 in den Steuerungsvorgang der Kraftmaschine ein, indem durch Veränderung der Stellung des Strahlrohres die Dampfzufuhr zu der Kraftmaschine erhöht bzw. vermindert wird. Der Steuerkolben 8 ist so bemessen, daß die von ihm ausgeübten Kräfte größer sind als diejenigen des Druckreglers 6 und 7, so daß der Geschwindigkeitsregler jederzeit imstande ist, die Wirkung der Druckregler auszuschalten. Durch den Stellschieber 18 wird ermöglicht, den Unempfmdlichkeitsgrad der Regelvorrichtung beliebig einzustellen. Dies wird dadurch erreicht, daß einem bestimmten Hub des Kraftzylinders 8 bzw. der Druckregler 6 und 7 ein größerer oder kleinerer Ausschlag des Strahlrohres zugeordnet wird.

Abb. 3 zeigt eine Regelvorrichtung für Kraftmaschinen, bei welcher das Strahlrohr nicht nur vom Förderdruck der Pumpe, sondern auch vom Steuerdruck des Kraftgetriebes beeinflußt wird. Der Steueröldruck wirkt als Rückführung, wodurch die Möglichkeit gegeben wird, Überregelung von Kraftmaschinen zu vermeiden. Die Anwendung der Rückführung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Öldruck der Steuerleitung 13 wie auch der Druck der Reglerölleitung 14 auf zwei gegenüberliegende Membrane oder Kolben 15, 16 einwirken. Solange die Kräfte der beiden Regler gleich sind, bleibt die Stellung des Strahlrohres unverändert. Sinkt bei steigender Belastung die Drehzahl und somit der Öldruck des Reglers 15, so bewegt sich das Strahlrohr nach unten, wodurch der Ölzufluß zur Steuerleitung so lange erhöht wird, bis der Öldruck, der auf die Membrane 16 einwirkt, das Strahlrohr in die der Drehzahl zugeordnete Stellung bringt. Der Beharrungszustand der Kraftmaschinensteuerung wird hierdurch ohne vorhergehende Pendelungen erreicht.

Durch den Stellschieber 18, welcher das Kraftverhältnis der beiden Regler 15 und 16 zu verstellen ermöglicht, kann die Ungleichförmigkeit der Regelungsvorrichtung beliebig verändert werden. Bei Verstellung dieses Schiebers ist der Kraft des Reglers 16, welche sich mit dem Hub des Kraftbetriebes ändert, eine andere Gegenkraft des Reglers 15, also ein anderer Drehzahlunterschied, zugeordnet.

In ähnlicher Weise kann bei Anordnung nach Abb. 1 ebenfalls eine Verstellung der Ungleichförmigkeit durch den Stellschieber 18 erreicht werden, indem eine Gegenfeder 19 vorgesehen ist, durch welche je nach Verstellung des Schiebers 18 eine veränderliche Gegenkraft ausgeübt wird.

Die Drehzahlverstellung läßt sich bei beiden Reglerarten durch Verstellung der Kräfte durchführen, welche dem Öldruck das Gleichgewicht halten. z.B. in Abb. 1 durch die Spannung der Feder des Reglers 2 oder der Gegenfeder 19. In allen Fällen kann statt dessen auch die Fördermenge und der Druck der ölpumpe z. B. durch Drosselung beeinflußt werden, um eine Drehzahlverstellung durchzuführen, gleichgültig, ob eine Zahnradpumpe mit nachgeschaltetem Drosselquerschnitt zur Herstellung des Öldruckes verwendet wird oder eine Kreiselpumpe.

Abb. 4 zeigt die Verbindung der Steuerung mit Dampfdruckreglern, welche zeitweise die Regelung der Kraftgetriebe übernehmen. Wie bei Abb. 2 ist links ein Druckregler 6 vorgesehen, der bei steigendem Druck öffnet, rechts ein Grenzbereichregler 7, der eingreift, wenn ein Grenzbereich nach oben oder unten überschritten wird. An Stelle der Federn in Abb. 2 sind zur Ausübung seiner Gegenkraft Gewichte 20 vorgesehen. Der Geschwindigkeitsregler ließe sich auch hier in ähnlicher Weise wie in Abb. 2 einfügen. Statt dessen ist hier eine Anordnung vorgesehen, bei welcher das Kräfteverhältnis zwischen den Dampfdruckreglern und dem Regler 16, der unter dem Einfluß des Steueröldruckes steht, verstellt wird. Dadurch kann der Geschwindigkeitsregler entgegen der Wirkung der Dampfdruckregler in allen Fällen die Steuerung öffnen oder schließen, indem der Kolben 21 den Angriffspunkt 22 verstellt. Durch die Dampfdruckregler wirkt immer eine gewisse Kraft von oben auf die Steuerung, welcher die Gegenkraft des Steueröldruckes das Gleichgewicht hält. Bewegt sich bei sinkender Drehzahl, also sinkendem Öldruck, der Kolben 21 nach links, so wird durch die Verschiebung des Angriffspunktes 22 die von oben wirkende Kraft abgeschwächt und die Gegenkraft gleichzeitig verstärkt. Das Strahl-

rohr bewegt sich also nach oben und verursacht eine Öffnung der Kraftgetriebe entgegen der Wirkung der Dampfdruckregler. Auch dieser Geschwindigkeitsregler kann als Grenzbereichregier ausgebildet werden. Hierzu sind außer dem Belastungsgewicht 23 zwei Federn 24 vorgesehen, die erst überwunden werden müssen, ehe eine Verschiebung des Angriffspunktes 22 nach der einen oder anderen Seite erfolgt. Entsprechend kann also der Geschwindigkeitsregler erst eingreifen, wenn die durch das Belastungsgewicht 23 eingestellte Drehzahl um einen bestimmten Betrag nach oben oder unten überschritten wird.
Abb. 2 und 4 zeigen, daß es bei der vorgeschlagenen Anordnung außerordentlich leicht ist, jedes einzelne Ventil der Maschine durch mehrere Dampfdrücke und außerdem noch durch den Geschwindigkeitsregler zu beeinao flüssen, was besonders bei Mehrfachanzapfmaschinen, die zeitweise mit Speichern zusammenarbeiten, erforderlich ist, und bei den bisherigen Bauarten von Reglern zu außerordentlich verwickelten Anordnungen geführt hat. Die Schwierigkeit besteht bei derartigen Maschinen darin, daß der Geschwindigkeitsregler imstande sein muß, die verschiedenen Ventile der Maschine nacheinander dem Einfluß mehrerer Druckregler zu entziehen, sobald die Gefahr für ein Durchgehen oder ein Stehenbleiben der Maschine eintritt.

Die Erfindung ermöglicht, eine beliebige Reihenfolge der Beeinflussung der Kraftmaschinensteuerung mittels Druckregler bei Drehzahländerungen durchzuführen, indem dieselben mit entsprechend abgestimmten Federn oder Gewichten versehen werden, so daß bei Drehzahländerung die Kraftmaschinensteuerung dem Einfluß eines oder mehrerer Druckregler entzogen wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche: i. Regelungsvorrichtung für Kraftmaschinen, welche mittels Kraftgetriebe und Strahlrohrregler durch einen Flüssigkeitsdruck beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Strahlrohres durch einen Flüssigkeitsdruck, der in Abhängigkeit von der Drehzahl der zu regelnden Maschine mittels einer umlaufenden Pumpe erzeugt wird, allein (Abb. 1) oder von dem Förderdruck der Pumpe und unter der Einwirkung des Dampfdruckes eines oder mehrerer Dampfnetze (Abb. 2 bis 4) beeinflußt wird.
2. 2. Regelungsvorrichtung nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Strahlrohres durch einen vom Steuerdruck des Kraftgetriebes beeinflußten Druckregler (16) erfolgt.
3. 3. Regelungsvorrichtung nach An-Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Übertragungsgestänge und Strahlrohr die Ungleichförmigkeit der Geschwindigkeitsregelung verstellt wird.
4. 4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beeinflussung des Strahlrohres durch Dampfdruckregler der Geschwindigkeitsregler das Übersetzungsverhältnis zwischen Übertragungsgestänge und Strahlrohr ändert (Abb. 4).
5. 5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsregler die Tätigkeit der Dampfdruckregler nur dann ausschaltet, wenn ein bestimmter Grenzbereich der Drehzahl nach oben oder unten überschritten wird (Abb. 2 und 4).

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen