Regeleinrichtung an Turbomaschine Die Regelung von Turbomaschinen durch Drosse lung des durchströmenden Mediums oder eines Teil stromes davon ist seit langem bekannt; doch bedeutet jeder Drosselvorgang eine Verschlechterung des Ge samtwirkungsgrades.
Man ging daher in vielen Fällen zur Regelung durch Leit- oder Laufschaufelverstellung über, doch erfordern die zur Feinregelung nötigen Pendelbewegungen ein ständiges Verstellen der Leit- oder Laufschaufeln. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Gleitstellen im Verstellmechanismus relativ rasch abgenützt werden.
Die vorliegende Erfindung will diese Nachteile vermeiden. Sie betrifft eine Regeleinrichtung an einer Turbomaschine mit einer Leit- oder Laufschaufelrege- lung und ist durch eine zusätzliche Regelung gekenn zeichnet, welche die Feineinstellung der Regelgrösse ausführt, während die Leit- oder Laufschaufelregelung zur Grobeinstellung dient.
Gegenüber den bisher bekannten Schaufelregelun gen bietet der Erfindungsgegenstand den Vorteil, dass die durch Pendelbewegungen verursachten vermehrten Abnützungserscheinungen nicht im Mechanismus der Schaufelverstellvorrichtung auftreten, sondern nur in einem separat betätigten Regelorgan. Dieses kann von einfacher Konstruktion mit wenigen, leicht auswech selbaren Teilen sein. Es kommen dafür ein- oder aus- trittsseitige oder in einer Umgehungsleitung angeord nete Drosselorgane in Frage, aber auch eine oder mehrere der verstellbaren Schaufelreihen.
Die gegen über der reinen Schaufelregelung in Kauf zu nehmende Wirkungsgradeinbusse fällt im Bereich der Feinrege- lung nicht ins Gewicht.
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es wurde dazu eine Regeleinrichtung zur Konstanthal- tung des Fördervolumens von mehrstufigen Axialver- dichtern bei gleichbleibender Drehzahl gewählt.
Die Erfindung lässt sich aber bei sämtlichen ein- oder mehrstufigen Turbomaschinen axialer oder radialer Bauart verwenden, bei denen eine Regelung durch Schaufelverstellung in Frage kommt. Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Anwendung verschiedener zusätzlicher Re gelorgane, während Fig. 4 eine Möglichkeit der auto matischen Koppelung von Grob- und Feinregelung zeigt.
In Fig. 1 wird der Verdichter 1 vom Elektromotor 2 -mit konstanter Drehzahl angetrieben. Die Leitschau fel-Verstellvorrichtung 3 dient zur Grobeinstellung, die beispielsweise von Hand erfolgen kann. Das Ven- turirohr 4, das im vorliegenden Falle druckseitig ein gebaut ist, gibt in bekannter Weise über die Leitung 5 ein Signal an den Regler 6, der zur Feineinstellung eine Drosselklappe 7 betätigt, die hier saugseitig an geordnet ist.
Der Regelbereich der Drosselklappe 4 kann nach Belieben gewählt werden, doch wird die obere Grenze immer bei der vollen Klappenöffnung liegen. Da das Drosseln mit Strömungsverlusten verbunden ist, wird man den Regelbereich der Drosselklappe möglichst klein, also die Mittelstellung möglichst nahe der vollen Klappenöffnung wählen. Anderseits muss der Regel bereich doch so gross sein,
dass alle Pendelbewegun gen von der Drosselklappe 7 übernommen und nur grössere Regelabweichungen durch die Leitschaufel- Verstellvorrichtung 3 ausgeglichen werden.
Es ändert sich nichts an der Wirkungsweise der Regeleinrichtung, ob nun das Venturirohr und die Drosselklappe saug- oder druckseitig angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine Regeleinrichtung, bei welcher der Regler 6 auf die Verstellvorrichtung 8 der ersten Leit- schaufelreihe des Verdichters 1 einwirkt. Es ergibt sich auch hier der Vorteil, dass der Grossteil der Leit- schaufeln nur bei stärkerer Veränderung der Regel grösse verdreht wird und die Pendelschwingungen der Feinregelung nur von einer Leitschaufelreihe ausge führt werden.
In Fig. 3 wirkt der Regler 6 -auf ein Drosselorgan 9 in der Umgehungsleitung 10. Je nach Erfordernis kann die Umgehungsleitung auch so angeordnet wer den, dass sie nur eine einzelne Stufe oder eine Stufen gruppe überbrückt. Auch ist es möglich, in die Um gehungsleitung eine Rekuperationsturbine einzuschal ten, die ihre Leistung an einen Generator oder auch an die Verdichterwelle selbst abgeben kann.
Sowohl die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Grob einstellung mit Handrad und mechanischer Kraftüber tragung als auch die Feineinstellung mittels einer Kombination von Venturirohr und hydraulisch ge steuertem Regler sind nur als Beispiele anzusehen. Es kann auch jede andere bekannte Antriebsart zur Grob- und Feineinstellung verwendet werden.
In Fig. 4 ist beispielsweise die automatische Kop pelung einer elektrisch angetriebenen Leitschaufel- Verstellvorrichtung mit dem zusätzlichen Regelorgan dargestellt.
Der Verdichter 1 wird vom Elektromotor 2 mit konstanter Drehzahl angetrieben. Änderungen des Druckunterschiedes im Venturirohr 4 werden vom Verstärker 11 hydraulisch auf den Stellmotor 14 über tragen. Überschreiten die öldruckschwankungen <B>im</B> Leitungssystem 13 die vorbestimmten Grenzen, so wird mit Hilfe der Öldruckschalter 15, 16, 17 und der Relais 21, 22 der Leitschaufel-Verstellmechanis- mus 3 in Bewegung gesetzt.
Die dargestellte Regelung ist derart ausgebildet, dass die Leitschaufeln immer so lange verstellt wer den, bis die Drosselklappe 7 wieder ungefähr in ihrer Mittellage ist. Diese Einrichtung soll verhindern, dass sich die Drosselklappe längere Zeit in der Nähe einer ihrer beiden Grenzlagen befindet und ein Teil der zur Feinregelung nötigen Pendelbewegungen auf die Leit- schaufelverstellung übertragen wird. Der Regelbereich der Drosselklappe, ausgedrückt im Steueröldruck des Leitungssystems 13, erstrecke sich z.
B. von 0 bis 3 atü, mit 1,5 atü als Mittellage. Die Leitschaufel_ Verstellung wird dann derart abgestimmt, dass bei Absinken des Öldruckes auf 0,1 atü bzw. bei Anstei gen auf 2,9 atü der Leitschaufel-Verstellmechanismus in Bewegung gesetzt und so lange betätigt wird, bis der Druck des Steueröls wieder auf 1,4 angestiegen bzw. auf 1,6 atü abgesunken ist. Es sei dazu bemerkt, dass diese Druckwerte nur als Beispiel dienen und frei angenommen sind.
Im folgenden sei der genannte Bereich von 1,4 bis 1,6 atü als innerer, der Bereich von 0,1 bis 2,9 atü als äusserer Regelbereich der Drosselklappen-Verstell- vorrichtung bezeichnet.
Die Ölpumpe 27, die aus dem Ölbehälter 28 ge speist wird, setzt das Leitungssystem 13 unter Druck, der durch das Sicherheitsventil 29 begrenzt wird. Das gewünschte Fördervolumen des Verdichters kann durch das Regelventil 30 eingestellt werden. Wenn nun z. B. das Fördervolumen ansteigt, dann nimmt der Druckunterschied im Venturirohr 4 zu und der Verstärker 11 beginnt den Drosselschieber 12 zu schliessen.
Der Öldruck um Leistungssystem 13 steigt an, und der Kolben des Stellmotors 14 beginnt die Drosselklappe 7 zu schliessen. Wird der innere Regel bereich überschritten, d. h. übersteigt der Öldruck 1,6 atü, so wird vom Öldruckschalter 15 der Strom kreis 23 bis auf die Unterbrechung im Relais 21 ge schlossen. Übersteigt der Öldruck den äusseren Regel bereich, d. h.
2,9 atü, so schliesst der Druckschalter 16 den aus der Batterie 18 gespeisten Hilfsstromkreis 25, der wiederum über das Relais 21 den aus der Batterie 20 gespeisten Stromkreis 23 des Leitschaufel- Verstellmotors 31 vollends schliesst. Nun werden die Leitschaufeln im Sinne einer Verminderung des För- dervolumens verdreht, der Druckunterschied im Venturirohr 4 nimmt ab und der Öldruck im Lei tungssystem 13 beginnt zu sinken.
Sobald er 2,9 atü erreicht, also beim Eintritt in den äusseren Regel bereich, wird der Hilfsstromkreis 25 durch den Öl druckschalter 16 wieder ausgeschaltet. Der Stromkreis 23 bleibt aber durch die Haltewicklungen im Relais 21 noch immer geschlossen und die Leitschaufeln drehen sich weiter im Sinne einer Verminderung des Fördervolumens. Gleichzeitig wird mit sinkendem Öl druck die Drosselklappe 7 gegen ihre Mittelstellung hin geöffnet. Erreicht der Öldruck im Leitungssystem 13 den inneren Regelbereich bei 1,6 atü, dann wird durch den Öldruckschalter 15 der Stromkreis 23 un terbrochen, das Relais 21 öffnet sich dadurch und die Bewegung der Leitschaufeln hört auf.
Die Drossel klappe 7, die sich jetzt im inneren Regelbereich in der Nähe ihrer Mittelstellung befindet, übernimmt nun wieder allein die Regelung.
Ein Absinken des Fördervolumens wirkt sich analog aus, wobei nun der Öldruckschalter 17, der Hilfsstromkreis 26, das Relais 22 und der Stromkreis 24 in Funktion treten.