Regelvorrichtung an Wasserturbinen, denen das Betriebswasser durch Druckrohrleitungen zugeführt wird Bei Wasserturbinen, denen das Druckwasser durch lange Druckrohre zugeführt wird, müssen Druckregler, das sind gesteuerte Entlastungsventile, in die Rohrleitung eingebaut werden, durch welche die insbesondere bei schnellen Schliessbewegungen des Turbinenleitapparates auftretenden, übermässig hohen Drucksteigerungen in den Druckrohren ver hindert werden sollen.
Diese Druckregler werden bei Schliessbewegungen des Leitapparates gleichzeitig so weit geöffnet, dass die Wassermenge, die nicht mehr durch den Leitapparat der Turbine fliesst, über diesen Druckregler ablaufen kann, d. h. dass das Schliessgesetz des Leitapparates, in grosser Annähe rung wenigstens, gleich dem Öffnungsgesetz des Druckreglers sein muss. Darnach schliesst dann der Druckregler so langsam, dass durch die Verzögerung der Wassermassen in der Druckrohrleitung auf die neue Beharrungsgeschwindigkeit kein grösserer Druckstoss als 10 bis 15 %n der statischen Fallhöhe eintritt.
Die Schliesszeit des Turbinenleitapparates wird mindestens so lang gewählt, dass auch bei einem Versagen des Druckreglers die Rohrleitung keinen grösseren Druckstoss als 50 % aushalten muss. Mit diesem Überdruck pflegt man die Rohrleitungen vor der Inbetriebnahme zu prüfen, so dass auch im Aus nahmefall die Rohrleitung noch nicht zu Bruch geht.
Die übliche Druckreglersteuerung besteht aus einem Gestänge, durch welches in mechanischer Ab hängigkeit von der Schliessbewegung des Leitappa- rates das St.uzrventil des Druckreglers im öffnungs- sinn beeinflusst wird. Eine Rückführung sorgt dafür, dass der Druckregler nur so weit öffnet, als der Leit- apparat schliesst.
Die Rückführung ist mit einer Öl- bremse versehen, die den Druckregler jeweils nach Erfüllung seiner Aufgabe wieder langsam in die Schliesslage zurückführt. In dieser Form bietet die Druckreglersteuerung keine Sicherheit gegen ein Ver sagen. Aus diesem Grunde wird, wie bereits erwähnt, der Leitapparat-Stellmotor von vorne herein mit einer Schliesszeit für 50 % Drucksteigerung ausge stattet, oder man sieht eine zusätzliche Einrichtung vor, durch die erst im Augenblick des Versagens des Druckreglers die lange Schliesszeit eingeschaltet wird. Eine solche Vorrichtung ist aber kompliziert und teuer, weshalb man auf sie meistens verzichten muss.
Im Zuge der Entwicklung des Wasserturbinen baues werden immer grössere Leistungseinheiten ge baut, was mit sich bringt, dass auch die Schliesszeiten der Turbinen an langen Druckrohrleitungen unter obigen Gesichtspunkten immer grösser werden müssen.
Turbinen, denen das Betriebswasser durch Druckrohrleitungen zugeführt wird, beziehen meistens ihr Wasser aus Speicherbecken. Diese Turbinen wer den deshalb zur Ausregulierung der Belastungsspit zen eines Netzes herangezogen. Damit der Turbinen regler den schnellen Frequenzschwankungen des Netzes folgen und sie ausregulieren kann, ist man schon dazu übergegangen, seine Dämpfung auszu schalten, so lange der Generator mit dem Netz ge kuppelt ist.
Während dadurch bei Anlagen ohne Druckregler das Optimum der Regulierungs geschwindigkeit durch die eingestellte Schliess- bzw. Öffnungszeit gegeben ist, kann bei Anlagen mit Druckreglern nur die Schliessgeschwindigkeit er höht und damit die Frequenzhaltung bei Entlastungs vorgängen verbessert werden. Dies würde aber die Anwendung einer Druckreglersteuerung bedingen, die absolute Sicherheit gegen ein Versagen bietet.
Bei einer bekannten Ausführung, die diesen For derungen entspricht, ist der Stellmotor des Leitappa- rates mit einem Differentialkolben versehen, dessen Öffnungsseite etwa den doppelten Querschnitt wie die Schliesseite aufweist, wobei die Schliesseite mit dem kleinen Hubvolumen über eine Rohrleitung unmittelbar mit der Schliesseite der kleineren Stufe eines zweistufigen bzw.
eines mit einem öldruckteil und einem Wasserdruckteil versehenen Stellmotors des Druckreglers verbunden ist, während die Öff nungsseite des Leitapparatstellmotors über das von Turbinenregler betätigte Steuerventil beaufschlagt wird.
Diese Lösung ist sehr aufwendig und teuer, da sowohl besonders kostspielige Stellmotoren für den Leitapparat und für den Druckregler erforderlich sind und da ausserdem auch das Steuerventil für den Leitapparatstellmotor etwa doppelt so gross wie bis her üblich ausgeführt werden muss.
Die Erfindung gibt eine wesentlich einfachere und bessere Lösung an, mit der es möglich ist, den Leitapparatstellmotor sowohl als auch den Druck reglerstellmotor als einfache normale Stellmotoren auszubilden. Ausserdem kann hierbei auch das Steuerventil klein und billig gebaut werden. Die neue Lösung vermeidet, wie die zuletzt genannte bekannte Ausführung, auch die Anwendung von Gestängen, von besonderen Steuerventilen für Druckregler und die Anwendung einer Ölbremse.
Gemäss der Erfindung sind der Leitradstellmotor und der Druckreglerstellmotor mit ihren Öffnungs seiten und/oder mit ihren Schliesseiten über je eine bzw. eine Leitung hydraulisch miteinander verbind- bar, wobei in den Leitungen bzw.
der Leitung ein vom Turbinenregler beeinflusstes und jeweils in Ab hängigkeit von der Leitradstellung zurückgeführtes Steuerorgan angeordnet ist, und ferner ist das Steuer organ so angeordnet und ausgebildet und sind auch die Stellmotoren derart ausgebildet, dass bei einer stark ansteigenden Turbinendrehzahl entweder die vom Kolben des jeweils steuernden Stellmotors aus geschobene Ölmenge oder die Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende des. Schliessvorganges im steuernden Stellmotor befindlichen Gesamtöl mengen stets der in den gesteuerten Stellmotor ein geschobenen Ölmenge gleich ist.
Da sich nur in wenigen Fällen bei Wassertur- binenanlagen rechnerisch eine Gleichheit der aus dem steuernden Stellmotor ausgeschobenen Ölmenge oder der Differenz zwischen den zu Beginn und am Ende des Schliessvorganges im steuernden Stellmotor be findlichen Gesamtölmengen mit der in den gesteuer ten Stellmotor eingeschobenen Ölmenge ergibt, wer den gemäss weiteren Vorschlägen der Erfindung Mit tel vorgesehen, die es gestatten, diese Gleichheit zu erzielen.
So wird, für den Fall, dass sich aus der Rech nung für die Schliesseite des Druckreglerstellmotors eine kleinere erforderliche Stellölmenge ergibt als für die Schliesseite des Leitradstellmotors, die er- forderliche Gleichheit der vom Kolben des steuern den Stellmotors ausgeschobenen Ölmenge mit der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen Öl menge dadurch ermöglicht, dass die Schliesseiten der beiden Stellmotoren bei einem Leitrad-Schliessvor- gang über das Steuerorgan miteinander verbunden werden und dass die Öffnungsseite des Druckregler stellmotors an eine Druckquelle beliebigen, aber konstanten Druckes,
beispielsweise an die Betriebs- ölzuführungsleitung, angeschlossen wird, wobei die Druckquelle durch entsprechende Wahl des Kolben stangendurchmessers des Druckreglerstellmotors den geforderten Verhältnissen angepasst werden kann.
Ergibt sich aus der Rechnung für die Schliess- seite des Druckreglerstellmotors eine etwas grössere erforderliche Stellölmenge als für die Schliesseite des Leitradstellmotors, so werden die Öffnungsseiten der beiden Stellmotoren bei einem Leitrad-Schliessvor- gang über das Steuerorgan miteinander verbunden. Die Gleichheit der vom Kolben des steuernden Stellmotors ausgeschobenen Ölmenge mit der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen Ölmenge wird dabei durch entsprechende Dimensionierung der Druckreglerkolbenstange erreicht.
In der Regel werden die Verhältnisse so liegen, dass die erforderliche Stellölmenge für die Schliess- seite des Druckreglerstellmotors ein Vielfaches der erforderlichen Stellölmenge für die Schliesseite des Leitradstellmotors beträgt.
Hierfür wird das von Turbinenregler verstellte gemeinsame Steuerorgan in die Verbindungsleitung zwischen den Schliesseiten der beiden Stellmotoren eingebaut und ausserdem bei einem von Turbinenregler ausgelösten Leitrad- Schliessvorgang über das Ventil auch noch die öff- nungsseite des Druckreglerstellmotors angeschlossen.
Dadurch wird erreicht, dass die Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende eines Leitrad- Schliessvorganges im Druckreglerstellmotor befind lichen Gesamtölmengen dem in den Druckreglerstell- motor eingeschobenen Volumen der Druckreglerkol- benstange stets gleich ist.
Dadurch kann bei entspre chender Bemessung des Kolbenstangendurchmessers aber auch stets vollkommene Übereinstimmung der Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende des Leitrad-Schliessvorganges im Druckreglerstell- motor befindlichen Gesamtölmengen mit der in den Leitradstellmotor eingeschobenen Ölmenge erzielt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel bei vollkommen glei chem Hubvolumen des Druckregler-Stellmotors 1 und des Leitapparat-Stellmotors 2. Der in die Leitung 4, 400 zwischen dem Druckregler-Stellmotor 1 und dem Leitapparat-Stellmotor 2 geschaltete hydrau lische, das Steuerorgan bildende Steuerschieber 3 weist zwei Ringkanäle 3a und 3b auf. Der Ringkanal 3a ist üb, -r die Leitung 4 mit dem Schliessraum la des Druckregler-Stellmotors verbunden, während der Ringkanal 3b an die Druckölversorgungsleitung 5 angeschlossen ist.
Die Leitung 4 ist über eine Leitung 40 mit Blende 6 mit der Druckölversorgungsleitung 5 verbunden.
Bei einem starken Ansteigen der Turbinendreh zahl verstellt der Turbinenregler 8 über die Stange 7 den Kolben 30 des Steuerschiebers 3 sehr weit aus der gezeichneten Mittellage nach unten. Die Steuer kante 3d gibt dabei dem Öl den Abfluss aus dem Öffnungsraum 2b des Leitapparat-Stellmotors 2 über den Ringkanal 3i und eine im Auslauf 9 ange ordnete Blende 10 frei. Gleichzeitig gibt die Steuer kante 3e die Verbindung zwischen dem Schliessraum 1 a des Druckreglerstellmotörs und dem Schliessraum 2a des Leitapparat-Stellmotors über den Leitungs teil 4, den Ringkanal 3a und den Leitungsteil 400 frei. Die Leitung 4, 400 verbindet die Schliesseiten <I>l a,</I> 2a miteinander.
Der auf dem Druckreglerkegel 1 e des Entlastungsventils, welcher den an den Einlauf des nicht gezeigten Spiralgehäuses ange schlossenen Nebenauslass 31 steuert, lastende Druck des Betriebswassers kann diesen somit aufdrük- ken, das heisst nach links bewegen.
Der auf dem Druckreglerkegel lastende Wasserdruck gibt also indirekt die Regulierarbeit für das Schliessen der Turbine ab. über die Kolbenstange ld wird da durch im selben Masse auch der Kolben 1c des Druckreglerstellmotors nach links bewegt, wodurch ein der Kolbenfläche mal dem Kolbenhub entspre chendes Volumen Öl aus dem Schliessraum 1a des steuernden Druckreglerstellmotors ausgeschoben und, da die Schliessräume der beiden Stellmotoren über den Leitungsteil 4, den Ringkanal 3a und den Leitungsteil 400 nunmehr hydraulisch miteinander gekuppelt sind,
ein gleiches Volumen Öl in den Schliessraum 2a des gesteuerten Leitapparat-Stell- motors eingeschoben wird, so dass sich gleichzeitig mit der Verstellbewegung des Kolbens 1e des steuernden Druckreglerstellmotors der Kolben 2c des gesteuerten Leitapparat-Stellmotors in entspre chendem Masse in Pfeilrichtung, also nach rechts, bewegt und dabei den Leitapparat der Turbine im Sinne einer Schliessbewegung über die Stange 5 ver stellt.
Das Schliessen des Leitapparates, d. h. die Ver ringerung des Wasserdurchlasses durch den Leitappa- rat, erfolgt dabei im selben Masse wie der Druck reglerkegel 1 e öffnet und dem Betriebswasser über den Nebenauslass 31 den Ausfluss aus dem Druck raum 32 in den Raum 33 freigibt, wobei die Schliess- zeit bzw. -geschwindigkeit des Leitapparates und die Öffnungszeit bzw. -geschwindigkeit des Druckregler stellmotors durch die Blende 10 in der Abflussleitung 9 bestimmt wird.
Nach Zurücklegung eines von der Drehzahl regelung bestimmten Weges des Leitapparat-Stell- motors wird der Steuerkolben 30 des Steuerventiles durch eine an sich bekannte Rückführeinrichtung 11, die der Einfachheit halber nur in Fig. 1 dargestellt ist, wieder in seine Mittellage zurückgeführt. Dadurch werden die Steuerkanten 3e et 3d wieder in die in Fig. 1 dargestellte Schliesstellung gebracht und die Bewegung des Leitapparat-Stellmotors unterbrochen.
Das aus dem Schliessraum la des Druckregler-Stell- motors ausgedrückte <B>öl</B> wird wieder ergänzt und zwar so, dass aus der Leitung 5 über die Leitung 40 und die Blende 6 sowie die Leitung 4 wieder Druck- öl in den Schliessraum la zufliesst und damit der Druckreglerkolben 1e langsam in seine alte Schliess- lage gebracht wird.
Wird der Steuerkolben 30 nur wenig aus der gezeichneten Mittellage nach unten verstellt, dann kann der Leitapparat nur so langsam schliessen, als der über Blende 6 und drosselnde Kante 3e auf die Stellmotorseite 2a einströmenden Ölmenge entspricht. Dies tritt bei kleinen Regulier bewegungen ein, bei denen der Druckregler nicht ansprechen soll.
Wird der Steuerkolben 30 vom Turbinenregler nach oben bewegt, dann wird der Leitapparat in Öffnungsrichtung verstellt. Die Kolbensteuerkante 3f lässt dann Drucköl aus der Zubringerleitung 5 über den Ringkanal 3b in die Öffnungsseite 2b des Leitapparat-Stellmotors 2 einströmen, während die Gegenseite (Schliessraum 2a) über die Steuerkante 3g und den Ringkanal 3h sowie die Abflussleitung 12 und die Blende 13, durch welche die öffnungs- zeit festgelegt ist, nunmehr Abfluss erhält.
In Fig. 2 ist dieselbe Steuerung wie in Fig. 1 dar gestellt mit durch die Leitungen 4, 400 verbindbaren Schliessräumen<I>l a, 2a,</I> jedoch mit dem Unterschied, dass der Öffnungsraum 1b des Druckregler-Stell- motors über die Leitung 14 mit der Druckölzulei- tung 5 verbunden ist. Hierdurch kann das rech nerisch sich kleiner ergebende Hubvolumen der Schliesseite des Druckregler-Stellmotors gleich der Schliesseite des Leitapparat-Stellmotors gemacht werden.
Durch entsprechende Dimensionierung der Druckreglerkolbenstange 1d kann dabei noch eine weitere Korrektur vorgenommen werden, wenn der zur Verfügung stehende Zuleitungsdruck nicht ge rade die für einen vollen Ausgleich erforderliche Höhe hat, indem man den auf die Ringfläche des Kolbens 1c im Raum 1b wirkenden Öldruck zu Hilfe nimmt.
Dabei wird der Durchmesser der Kolben stange 1d so bemessen, dass die übrigbleibende Kol- benringfläche und damit der auf diese ausgeübte Öldruck so gross wird, dass er zusammen mit dem auf den Druckreglerkegel le wirkenden Wasserdruck den zum Schliessen des Leitapparates erforderlichen Druck höchstens geringfügig überschreitet. Auch bei dieser Ausführung öffnet der Druckregler bei kleinen Regulierbewegungen nicht, sondern es strömt über Blende 6 und drosselnde Steuerkante 3e Öl auf die Schliesseite 2a des Leitapparat-Stellmotors 2.
Auch hier ist die aus dem steuernden Druckregler-Stell- motor ausgeschobene Ölmenge gleich der in den ge steuerten Leitapparat-Stellmotor eingeschobenen Ölmenge.
Soll den Betriebsverhältnissen entsprechend nach der Rechnung das Hubvolumen des Leitapparat-Stell- motors 2 nur wenig kleiner als das des Druckregler- Stellmotors 1 sein, dann wird das Hubvolumen der Öffnungsseiten der beiden Stellmotoren gleich gross gemacht, aber ausserdem, wie aus Fig. 3 hervorgeht, die Leitung 14 mit der Abflussleitung 19 verbunden. Damit sind hier sowohl die Öffnungsseiten als auch die Schliesseiten hydraulisch miteinander verbunden. Im übrigen ist die Gesamtanordnung dieser Steue rung dieselbe wie die in Fig. 1.
Es wird hier der Steuerkolben 30 bei einem vom Turbinenregler aus gelösten wesentlichen Schliessvorgang wiederum nach unten verschoben und dadurch die Steuerkante 3d geöffnet, so dass der Öffnungsraum 2b des Leitappa- rat-Stellmotors 2 und der Öffnungsraum 1 b des Druckregler-Stellmotors 1 über den Ringkanal<B>31</B> hydraulisch miteinander verbunden und über die Blende 20 an den Auslauf 19 gelegt werden.
Da durch sinkt der Druck in den beiden öffnungsräu- men <B><I>l b,</I></B><I> 2b</I> und der Öldruck im Schliessraum<I>2a</I> kann sich auf einen Druck einstellen, welcher der Summe aus dem zur Aufbringung der Regulierarbeit notwendigen Druck und dem Öffnungsdruck des Druckregler-Servomotors entspricht.
Da in der Regel der Hub des Leitapparat-Stellmotors wesentlich grösser als der des Druckregler-Stellmotors ist, wird das Hubvolumen des Öffnungsraumes 1 b des Druck regler-Stellmotors durch entsprechende Dimensionie- rung des Durchmessers der Druckregler-Kolbenstange <B>I d,</B> deren in den Raum 1 b hineinragendes Volumen von dem Hubvolumen über der Gesamtfläche des Kol bens 1 c abzuziehen ist, dem Hubvolumen des,Öffnungs- raumes 2b des Leitapparat-Stellmotors gleichgemacht.
Dabei ist auch hier die aus dem steuernden Druckregier- Stellmotor aasgeschobene Ölmenge gleich der in den gesteuerten Leitapparat-Stellmotor eingeschobenen Ölmenge. Wenn nun der unter der Wirkung des Be triebswasserdruckes stehende Kolben 1c des Druck regler-Stellmotors 1 das Öl vom Schliessraum 1 a über die Leitung 4 und den jetzt freien Ringkanal 3a sowie über die Leitung 400 in den Schliessraum 2a des Leitapparat-Stellmotors drückt, dann kann der Leitapparat nicht schneller schliessen als der Druckregler öffnet,
denn der Öffnungsraum 2b ist wie vorstehend beschrieben in diesem Fall über den durch die Steuerkante 3d jetzt offenen Ringkanal 3i und über die Leitung 14 mit dem Öffnungsraum 1b des Druckregler-Stellmotors verbunden. Der über schuss des Hubvolumens des Schliessraumes 1n ge genüber dem Schliessraum 2a wird über die Leitung 40 und die Blende 6 in die Zubringerleitung 5 zu rückgedrückt.
Nach Rückführung des Steuerventils in die die Ringkanäle 3a, 3b sperrende Mittellage strömt das Öl von der Leitung 5 über die Leitung 40 und die Blende 6 in den Schliessraum la des Druckregler-Stellmotors, während aus dessen öff- nungsraum lb das Öl über die Leitung 14 und die Blende 20 in den Abfluss 19 abströmen kann, so dass dann der Druckregler wieder langsam schliesst.
Öffnet bei ganz kleiner Entlastung der Turbine der Druckregler nicht, dann strömt nur wenig Öl über Blende 6 und drosselnde Steuerkante 3e auf die Schliesseite des Leitapparat-Stellmotors, so dass die- ser langsam schliesst, bis das Steuerventil wieder in seine Mittellage zurückgeführt ist.
Bei rechnerisch sich ergebenden besonders gros sen Unterschieden zwischen dem Hubvolumen des Druckregler-Stellmotors und des Leitapparat-Stell- motors wird das Hubvolumen der Druckreglerkolben- stange 1d, d. h., das Volumen der Stange, das in den Zylinder tritt, dem Hubvolumen des Leitapparat- Stellmotors zumindest nahezu gleichgemacht.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, erhält dann der Steuerschie ber 3 einen weiteren Ringkanal 3c und der Steuer kolben 30 eine weitere Steuerkante 3k, durch die bei einem Schliessvorgang des Turbinenreglers aus- ser dem Schliessraum la auch der Öffnungsraum 1b des Druckreglerstellmotors mit dem Schliessraum 2a des Leitapparat-Stellmotors verbunden wird.
Das hierbei aus dem Schliessraum la des Druckregler- Stellmotors aasgeschobene Öl wird dann über die Leitung 4 in den durch die Steuerkante 3k jetzt offenen Ringkanal 3c zum grösseren Teil über die Leitung 14 von dem Öffnungsraum 1 b wieder ange saugt. Nur das dem Hubvolumen der Druckregler kolbenstange 1d entsprechende Öl wird in den Schliessraum 2n des Leitapparat-Stellmotors einge schoben. Diese Ölmenge stellt die Differenz zwischen der sich zu Beginn und am Ende des Schliessvor- ganges im steuernden Druckregler-Stellmotor befind lichen Gesamtölmenge dar.
Dadurch, dass Öl von der Speiseleitung 5 und über die Blende 6 sowie die Leitung 4 in den Schliessraum 1n einströmen und das<B>öl</B> des Öffnungsraumes l b durch die Leitung 19 und Blende 20 abfliessen kann, schliesst der Druckregler wieder langsam. Im übrigen sind bei die ser Ausführung die Regelvorgänge dieselben wie die bei der Ausführung nach Fig. 1 dargestellten.
Bei kleinen Regulierungen strömt durch Leitung 5, Blende 6 und drosselnde Steuerkante 3e so viel Öl auf die Schliesseite 2a des Leitradstellmotors, dass der Leitapparat kleine langsame Bewegungen machen kann. Der Druckregler bleibt geschlossen.
Ganz einfach wird die Steuerung, wenn die Schliessräume des Druckreglerstellmotors 1 und des Leitapparatstellmotors 2 direkt miteinander verbun den sind und über eine Leitung 21 mit konstantem Öl- oder Wasserdruck belastet werden, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Der Steuerschieber 3 ist hier für einseitige Steuerung ausgebildet.
Das Hubvolu men im Öffnungsraum 1b des Druckregler-Stell- motors 1 wird dem Hubvolumen des Öffnungsraumes 2b des Leitapparat-Stellmotors 2 durch entspre chende Dimensionierung des Kolbenstangenquer- schnittes 1d gleichgemacht, dessen in den Zylinder hineinragendes Volumen ja zur Bestimmung des Hubvolumens des Öffnungsraumes 1 b von dem Hub volumen über der Gesamtfläche des Kolbens 1c abzu ziehen ist, und beide Räume werden durch den Steuer schieber 3 verbunden.
Bei einem vom Turbinenregler ausgelösten Schliessvorgang bewegt sich der Steuer ventilkolben 30 nach unten, und das Öl wird durch den von der Kante 3d freigegebenen Ringkanal 3i aus dem Raum 2b des steuernden Leitapparat-Stellmotors über die Leitung 14 in den Öffnungsraum 1b des ge steuerten Druckregler-Stellmotors eingeschoben. Dadurch wird der Druckregler vom schliessenden Leitapparat geöffnet. Danach schliesst der Druck regler wieder langsam, indem über die Leitung 14 und die Blende 20 das Öl vom Öffnungsraum 1b wieder abströmen kann. Das Öffnen des Leitappara- tes wird in der an sich bekannten Weise durch geführt.
Die Blende 10 bestimmt die Schliesszeit des Leitapparates und die Blende 6 in der Zuleitung 4 dessen Öffnungszeit.
Um bei Lastpendelungen ein Aufschaukeln des Druckes zu vermeiden, muss es möglich sein, den nach einem vorhergehenden Entlastungsvorgang noch in langsamer Wiederschliessbewegung befindlichen Druckregler bei einer folgenden Belastung etwa so schnell schliessen zu lassen wie der Leitapparat wie der öffnet.
Zu diesem Zweck wird bei den Ausführungsbei spielen in den Fig. <I>la,</I> 2a, 3a von der Öffnungslei tung 100 des Leitapparatstellmotors 2 zum Ring kanal 3a eine Verbindungsleitung 101 abgezweigt, die eine Blende 15 sowie ein Rückschlagventil 16 enthält.
Wenn sich bei einer Belastung der Turbine der Steuerkolben 30 nach oben bewegt, gibt dann die Steuerkante 3 f dem durch die Leitung 5 zuflies- senden Drucköl den Weg zum Öffnungsraum 2b des Leitapparatstellmotors 2 frei und ausserdem über das Rückschlagventil 16 sowie die Blende 15 und den jetzt offenen Ringkanal 3a sowie die Leitung 4 den Weg auch zum Schliessraum la des Druckregler stellmotors frei. Der Druckregler erhält dann sein Schliessöl nicht nur über die Leitung 5 und die Blende 6, sondern auch über die Leitung<B>100</B> und Blende 15, und er kann infolgedessen schneller schliessen.
Dabei wird die Blende 15 so bemessen, dass sie im Verein mit der Blende 6 eine Druck- reglerschliesszeit ergibt, die etwa der Öffnungszeit des Leitapparatstellmotors entspricht.
Eine andere Lösung sieht für dieselbe Auslegung entsprechend Fig. 4a am Steuerschieber einen wei teren Ringraum 3n zwischen den Ringräumen 3b und 3c vor, und zwei neue Steuerkanten 3p und 3q. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens 30 nach oben öffnet die Steuerkante 3p dem Drucköl von Leitung 5 über Raum 3b den Zugang über Raum 3n und Leitung 101 zur Schliesseite la des Druckregler stellmotors. Gleichzeitig öffnet Steuerkante 3q dem Öl der Gegenseite 1 b Abfluss über Leitung 17 und Blende 18. Dieser Ablauf ist dem normal wirksamen über Leitung 19 und Blende 20 parallel geschaltet, wodurch der Druckregler schneller schliesst.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a er halten das Gehäuse des Steuerschiebers 3 einen be sonderen Ablauf 17 mit Blende 18 und der Steuer kolben 30 eine weitere Steuerkante 3m, über die das Öl vom Öffnungsraum 1 b des Druckreglerstell- motors abströmen kann. Es fliesst dann bei einer Wiederbelastung der Turbine und der dadurch aus gelösten Verstellung des Steuerschieberkolbens 30 nach oben das Öl aus dem Öffnungsraum 1b des Druckreglerstellmotors nicht nur wie normal über die Leitungen 14 und 19 ab, sondern auch über die Blende 10 und die jetzt offene Steuerkante 3m des Ringraumes 3i sowie die Leitung 17 und die Blende 18 hinweg.
Das Zusammenwirken der Blenden 10, 20 und 18 ergibt dann eine Druckreglerschliesszeit, die der Leitapparatöffnungszeit angenähert gleich kommt.
Control device on water turbines, to which the process water is fed through pressure pipelines In water turbines, to which the pressurized water is fed through long pressure pipes, pressure regulators, i.e. controlled relief valves, must be installed in the pipeline, through which the excessively high the excessively high levels that occur, especially when the turbine guide apparatus closes rapidly Pressure increases in the pressure pipes should be prevented.
When the nozzle is closed, these pressure regulators are simultaneously opened so wide that the amount of water that no longer flows through the nozzle of the turbine can drain through this pressure regulator, i. H. that the closing law of the diffuser, at least as close as possible, must be the same as the opening law of the pressure regulator. The pressure regulator then closes so slowly that the delay in the water masses in the pressure pipeline to the new steady-state speed does not result in a pressure surge greater than 10 to 15% n of the static head.
The closing time of the turbine nozzle is chosen to be at least long enough so that even if the pressure regulator fails, the pipeline does not have to withstand a pressure surge greater than 50%. The pipelines are usually checked with this overpressure before commissioning so that the pipeline does not break even in exceptional cases.
The usual pressure regulator control consists of a linkage, by means of which the opening direction of the valve of the pressure regulator is influenced mechanically as a function of the closing movement of the diffuser. A feedback ensures that the pressure regulator only opens as far as the control apparatus closes.
The return is provided with an oil brake which slowly returns the pressure regulator to the closed position after it has performed its task. In this form, the pressure regulator control offers no security against failure. For this reason, as already mentioned, the diffuser servomotor is equipped from the outset with a closing time for 50% pressure increase, or an additional device is provided through which the long closing time is only switched on at the moment the pressure regulator fails. However, such a device is complicated and expensive, which is why you usually have to do without it.
In the course of the development of water turbine construction, ever larger power units are being built, which means that the shutdown times of the turbines on long pressure pipelines must also be longer and longer from the above points of view.
Turbines, to which the process water is fed through pressure pipelines, usually get their water from storage basins. These turbines are therefore used to regulate the load peaks in a network. So that the turbine regulator can follow the rapid frequency fluctuations in the network and regulate them out, one has already switched to switching off its damping as long as the generator is connected to the network.
While in systems without pressure regulators the optimum of the regulation speed is given by the set closing or opening time, in systems with pressure regulators only the closing speed can be increased and thus the frequency maintenance during relief processes can be improved. However, this would require the use of a pressure regulator control that offers absolute security against failure.
In a known design that corresponds to these requirements, the servomotor of the diffuser is provided with a differential piston, the opening side of which has about twice the cross-section of the closing side, the closing side with the small stroke volume directly with the closing side of the smaller one via a pipeline Stage of a two-stage resp.
a servomotor of the pressure regulator provided with an oil pressure part and a water pressure part is connected, while the opening side of the guide apparatus servomotor is acted upon by the control valve operated by the turbine regulator.
This solution is very complex and expensive, since both particularly expensive servomotors are required for the diffuser and for the pressure regulator and, in addition, since the control valve for the diffuser servomotor has to be made about twice as large as usual.
The invention provides a much simpler and better solution, with which it is possible to train the diffuser servomotor as well as the pressure regulator servomotor as simple normal servomotors. In addition, the control valve can also be made small and cheap. The new solution, like the last-mentioned known version, also avoids the use of rods, special control valves for pressure regulators and the use of an oil brake.
According to the invention, the stator servomotor and the pressure regulator servomotor can be hydraulically connected to one another with their opening sides and / or with their closing sides via a line or a line.
the line is a turbine governor influenced and each returned in dependence on the stator position control member is arranged, and also the control organ is so arranged and designed and the servomotors are designed such that either the piston of the respective controlling at a sharply increasing turbine speed Servomotor from the amount of oil pushed or the difference between the total amount of oil in the controlling servomotor at the beginning and the end of the closing process is always the same as the amount of oil pushed into the controlled servomotor.
Since only in a few cases with water turbine systems is there mathematical equality of the amount of oil pushed out of the controlling servomotor or the difference between the total amount of oil in the controlling servomotor at the beginning and the end of the closing process with the amount of oil pushed into the controlled servomotor provided according to further proposals of the invention with tel that make it possible to achieve this equality.
In the event that the calculation for the closing side of the pressure regulator servomotor results in a smaller required amount of control oil than for the closing side of the stator servomotor, the required equality of the amount of oil pushed out by the piston of the controlling servomotor with that in the controlled servomotor is required inserted oil amount is made possible by the fact that the closing sides of the two servomotors are connected to each other via the control element during a stator closing process and that the opening side of the pressure regulator servomotor can be connected to any pressure source, but constant pressure,
for example, to the operating oil supply line, wherein the pressure source can be adapted to the required conditions by appropriate selection of the piston rod diameter of the pressure regulator servomotor.
If the calculation for the closing side of the pressure regulator servomotor results in a somewhat larger required amount of actuating oil than for the closing side of the stator servomotor, the opening sides of the two servomotors are connected to one another via the control element during a stator closing process. The equality of the amount of oil pushed out by the piston of the controlling servomotor and the amount of oil pushed into the controlled servomotor is achieved by appropriate dimensioning of the pressure regulator piston rod.
As a rule, the conditions will be such that the required amount of control oil for the closing side of the pressure regulator control motor is a multiple of the required control oil amount for the closing side of the stator control motor.
For this purpose, the common control element adjusted by the turbine regulator is installed in the connection line between the closing sides of the two servomotors and, in addition, the opening side of the pressure regulator servomotor is also connected via the valve when the stator closing process triggered by the turbine regulator.
This ensures that the difference between the total oil quantities located in the pressure regulator servomotor at the beginning and at the end of a stator closing process is always the same as the volume of the pressure regulator piston rod pushed into the pressure regulator servomotor.
As a result, with the appropriate dimensioning of the piston rod diameter, the difference between the total amount of oil in the pressure regulator actuator at the beginning and at the end of the stator closing process with the amount of oil inserted into the stator actuator can be achieved.
The invention is explained below with the aid of some exemplary embodiments.
Fig. 1 shows an example with completely the same chemical displacement of the pressure regulator servomotor 1 and the guide apparatus servomotor 2. The hydraulic in the line 4, 400 between the pressure regulator servomotor 1 and the guide apparatus servomotor 2 switched hydraulic, the control member forming control slide 3 has two ring channels 3a and 3b. The ring channel 3 a is connected via the line 4 to the closing space 1 a of the pressure regulator servomotor, while the ring channel 3 b is connected to the pressure oil supply line 5.
The line 4 is connected to the pressure oil supply line 5 via a line 40 with a diaphragm 6.
When the turbine speed rises sharply, the turbine regulator 8 adjusts the piston 30 of the control slide 3 via the rod 7 very far down from the center position shown. The control edge 3d gives the oil the outflow from the opening space 2b of the diffuser servomotor 2 via the annular channel 3i and an aperture 10 arranged in the outlet 9. At the same time, the control edge 3e, the connection between the closing chamber 1 a of the pressure regulator servomotor and the closing chamber 2a of the diffuser servomotor via the line part 4, the ring channel 3a and the line part 400 free. The line 4, 400 connects the closing sides <I> la, </I> 2a with one another.
The pressure of the process water on the pressure regulator cone 1 e of the relief valve, which controls the secondary outlet 31 connected to the inlet of the spiral housing, not shown, can thus press it on, that is, move it to the left.
The water pressure on the pressure regulator cone therefore indirectly provides the regulating work for closing the turbine. Via the piston rod ld, the piston 1c of the pressure regulator servomotor is moved to the left to the same extent, whereby a volume of oil corresponding to the piston area times the piston stroke is pushed out of the closing chamber 1a of the controlling pressure regulator servomotor and, since the closing chambers of the two servomotors via the line part 4, the ring channel 3a and the line part 400 are now hydraulically coupled to one another,
an equal volume of oil is pushed into the closing space 2a of the controlled diffuser servomotor, so that simultaneously with the adjustment movement of piston 1e of the controlling pressure regulator servomotor, piston 2c of the controlled diffuser servomotor moves accordingly in the direction of the arrow, i.e. to the right, moves while the nozzle of the turbine in the sense of a closing movement on the rod 5 is ver.
Closing the diffuser, d. H. The reduction of the water passage through the diffuser takes place to the same extent as the pressure regulator cone 1e opens and the process water releases the outflow from the pressure chamber 32 into the chamber 33 via the secondary outlet 31, whereby the closing time or speed of the diffuser and the opening time or speed of the pressure regulator servomotor through the aperture 10 in the drain line 9 is determined.
After covering a path of the diffuser servomotor determined by the speed control, the control piston 30 of the control valve is returned to its central position by a return device 11 known per se, which is only shown in FIG. 1 for the sake of simplicity. As a result, the control edges 3e et 3d are brought back into the closed position shown in FIG. 1 and the movement of the diffuser servomotor is interrupted.
The <B> oil </B> expressed from the closing space la of the pressure regulator servomotor is replenished in such a way that pressurized oil is again fed into the line 5 via the line 40 and the diaphragm 6 and the line 4 Closing chamber la flows in and the pressure regulator piston 1e is slowly brought into its old closed position.
If the control piston 30 is adjusted only a little downwards from the center position shown, the diffuser can only close as slowly as the amount of oil flowing into the servo motor side 2a via the diaphragm 6 and throttling edge 3e corresponds. This occurs with small regulating movements in which the pressure regulator should not respond.
If the control piston 30 is moved upwards by the turbine regulator, the diffuser is adjusted in the opening direction. The piston control edge 3f then allows pressurized oil to flow from the feed line 5 via the annular channel 3b into the opening side 2b of the diffuser servomotor 2, while the opposite side (closing chamber 2a) via the control edge 3g and the annular channel 3h as well as the discharge line 12 and the orifice 13 which the opening time is set, now receives drainage.
In Fig. 2 the same control as in Fig. 1 is presented with closing spaces <I> la, 2a, </I> connectable by the lines 4, 400, but with the difference that the opening space 1b of the pressure regulator servomotor the line 14 is connected to the pressure oil supply line 5. As a result, the mathematically smaller stroke volume of the closing side of the pressure regulator servomotor can be made equal to the closing side of the diffuser servomotor.
By appropriately dimensioning the pressure regulator piston rod 1d, a further correction can be made if the available supply pressure is not exactly the height required for full compensation, by using the oil pressure acting on the annular surface of the piston 1c in space 1b .
The diameter of the piston rod 1d is dimensioned in such a way that the remaining piston ring surface and thus the oil pressure exerted on it is so large that it, together with the water pressure acting on the pressure regulator cone le, only slightly exceeds the pressure required to close the diffuser. In this embodiment, too, the pressure regulator does not open in the event of small regulating movements; instead, oil flows through orifice 6 and throttling control edge 3e to the closing side 2a of the diffuser servomotor 2.
Here, too, the amount of oil pushed out of the controlling pressure regulator servomotor is the same as the amount of oil pushed into the controlled guide apparatus servomotor.
If, according to the calculation, the displacement of the diffuser servomotor 2 is to be only slightly smaller than that of the pressure regulator servomotor 1, the displacement of the opening sides of the two servomotors is made the same, but also, as can be seen from FIG , the line 14 connected to the drain line 19. This means that both the opening sides and the closing sides are hydraulically connected to one another. Otherwise, the overall arrangement of this control is the same as that in FIG. 1.
In this case, the control piston 30 is again shifted downwards during a major closing process released by the turbine regulator, thereby opening the control edge 3d, so that the opening space 2b of the distributor servomotor 2 and the opening chamber 1b of the pressure regulator servomotor 1 via the annular channel <B> 31 </B> are hydraulically connected to one another and placed at the outlet 19 via the panel 20.
This reduces the pressure in the two opening spaces <B><I>lb,</I></B> <I> 2b </I> and the oil pressure in the closing space <I> 2a </I> can increase set to a pressure which corresponds to the sum of the pressure required to apply the regulation work and the opening pressure of the pressure regulator servo motor.
Since the stroke of the diffuser servomotor is usually much greater than that of the pressure regulator servomotor, the displacement of the opening space 1b of the pressure regulator servomotor is determined by appropriate dimensioning of the diameter of the pressure regulator piston rod <B> I d, < / B> whose volume protruding into space 1b is to be subtracted from the stroke volume over the total area of piston 1c, made equal to the stroke volume of the opening space 2b of the diffuser servomotor.
Here, too, the amount of oil pushed out of the controlling pressure regulating servomotor is equal to the amount of oil pushed into the controlled diffuser servomotor. If the piston 1c of the pressure regulator servomotor 1, which is under the action of the operating water pressure, pushes the oil from the closing chamber 1 a via the line 4 and the now free annular channel 3a and via the line 400 into the closing chamber 2a of the diffuser servomotor, then the distributor cannot close faster than the pressure regulator opens,
because the opening space 2b is, as described above, in this case connected to the opening space 1b of the pressure regulator servomotor via the annular channel 3i now open by the control edge 3d and via the line 14. The excess of the stroke volume of the closing space 1n ge compared to the closing space 2a is pushed back via the line 40 and the diaphragm 6 into the feeder line 5.
After the control valve has been returned to the central position blocking the ring channels 3a, 3b, the oil flows from the line 5 via the line 40 and the orifice 6 into the closing space la of the pressure regulator servomotor, while the oil flows from its opening space lb via the line 14 and the aperture 20 can flow off into the drain 19, so that the pressure regulator then slowly closes again.
The pressure regulator does not open when the turbine is only slightly relieved, then only a little oil flows through orifice 6 and throttling control edge 3e to the closing side of the diffuser servomotor, so that it closes slowly until the control valve is returned to its central position.
If there are particularly large differences between the displacement of the pressure regulator servomotor and the diffuser servomotor, the displacement of the pressure regulator piston rod 1d, ie. That is, the volume of the rod that enters the cylinder is made at least almost equal to the stroke volume of the diffuser servomotor.
As can be seen from FIG. 4, the control spool receives a further annular channel 3c and the control piston 30 receives a further control edge 3k, through which, during a closing process of the turbine regulator, apart from the closing chamber la, the opening chamber 1b of the pressure regulator servomotor with the closing chamber 2a of the control apparatus servomotor is connected.
The oil pushed out of the closing chamber la of the pressure regulator servomotor is then sucked in again via the line 4 into the annular channel 3c now open by the control edge 3k for the greater part via the line 14 from the opening chamber 1b. Only the oil corresponding to the stroke volume of the pressure regulator piston rod 1d is pushed into the closing chamber 2n of the guide apparatus servomotor. This amount of oil represents the difference between the total amount of oil in the controlling pressure regulator servomotor at the beginning and the end of the closing process.
Because oil can flow from the feed line 5 and via the diaphragm 6 and line 4 into the closing space 1n and the oil from the opening space 1b can flow out through the line 19 and the diaphragm 20, the pressure regulator closes slowly again . Otherwise, the control processes are the same in this embodiment as those shown in the embodiment of FIG.
In the case of small adjustments, so much oil flows through line 5, orifice 6 and throttling control edge 3e onto the closing side 2a of the stator motor that the stator can make small, slow movements. The pressure regulator remains closed.
The control becomes very simple if the closing spaces of the pressure regulator servomotor 1 and of the diffuser servomotor 2 are directly connected to one another and are loaded with constant oil or water pressure via a line 21, as shown in FIG. The control slide 3 is designed here for one-sided control.
The stroke volume in the opening space 1b of the pressure regulator servomotor 1 is made equal to the swept volume of the opening space 2b of the diffuser servomotor 2 by appropriate dimensioning of the piston rod cross-section 1d, whose volume protruding into the cylinder is used to determine the displacement volume of the opening space 1b of the stroke volume over the total area of the piston 1c is drawn down, and the two spaces are connected by the control slide 3.
When a closing process triggered by the turbine regulator, the control valve piston 30 moves down, and the oil is through the ring channel 3i released by the edge 3d from the space 2b of the control valve servomotor via the line 14 into the opening space 1b of the controlled pressure regulator Servomotor inserted. This opens the pressure regulator from the closing distributor. The pressure regulator then slowly closes again, in that the oil can flow out again from the opening space 1b via the line 14 and the orifice 20. The opening of the guide apparatus is carried out in the manner known per se.
The shutter 10 determines the closing time of the diffuser and the shutter 6 in the supply line 4 determines its opening time.
In order to avoid a build-up of pressure when the load fluctuates, it must be possible to let the pressure regulator, which is still in a slow reclosing movement after a previous relief process, close about as quickly as the distributor opens when the next load occurs.
For this purpose, a connecting line 101 is branched off from the opening line 100 of the diffuser actuator 2 to the annular channel 3a, which includes a diaphragm 15 and a check valve 16 in the exemplary embodiments in FIGS .
If the control piston 30 moves upwards when the turbine is loaded, the control edge 3f then releases the path for the pressure oil flowing in through the line 5 to the opening space 2b of the diffuser servomotor 2 and also via the check valve 16 and the orifice 15 and the Now open ring channel 3a and the line 4 also free the way to the closing space la of the pressure regulator actuator. The pressure regulator then receives its closing oil not only via the line 5 and the diaphragm 6, but also via the line 100 and diaphragm 15, and as a result it can close more quickly.
The diaphragm 15 is dimensioned in such a way that, in conjunction with the diaphragm 6, it results in a pressure regulator closing time which corresponds approximately to the opening time of the distributor motor.
Another solution provides for the same design according to FIG. 4a on the control slide before a white direct annular space 3n between the annular spaces 3b and 3c, and two new control edges 3p and 3q. When the control piston 30 moves upwards, the control edge 3p opens the pressure oil from line 5 via space 3b to access via space 3n and line 101 to the closing side la of the pressure regulator servomotor. At the same time, the control edge 3q opens the oil on the opposite side 1b outflow via line 17 and orifice 18. This process is connected in parallel to the normally active one via line 19 and orifice 20, so that the pressure regulator closes more quickly.
In the embodiment of Fig. 5a he keep the housing of the control slide 3 be a special drain 17 with aperture 18 and the control piston 30 another control edge 3m via which the oil can flow from the opening chamber 1b of the pressure regulator actuator. When the turbine is loaded again and the control slide piston 30 is moved upwards as a result, the oil flows out of the opening chamber 1b of the pressure regulator servomotor not only as normal via the lines 14 and 19, but also via the orifice 10 and the now open control edge 3m of the annular space 3i and the line 17 and the diaphragm 18 away.
The interaction of the diaphragms 10, 20 and 18 then results in a pressure regulator closing time which is approximately equal to the diffuser opening time.