DE1081278B - Regeleinrichtung fuer die einen Wechselstromerzeuger antreibende Antriebsturbine - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Regeleinrichtungen für die einen Wechselstromerzeuger od. dgl. antreibende Antriebsturbine einer Anlage mit mehreren parallel geschalteten, durch Gas- bzw. Luftturbine angetriebenen Wechselstromerzeugern.

Bei den heute üblichen Flugzeugen mit größeren Ruderflächen und anderen ähnlichen elektrisch betätigten Vorrichtungen ist der Bedarf an elektrischer Energie stark gestiegen. Da die elektrische Energiequelle vom Flugzeug getragen werden muß, sind Gewicht und Größe ausschlaggebend. Da somit der Wirkungsgrad ausschlaggebend ist, wurde es als am vorteilhaftesten angesehen, mehrere verhältnismäßig kleine Wechselstromerzeuger für die Versorgung der elektrischen Anlage moderner großer Flugzeuge zu verwenden. Diese Generatoren sind vorzugsweise in der Nähe der einzelnen Düsentriebwerke des Flugzeugs angeordnet und werden beispielsweise mittels Luftturbinen angetrieben, die mit verdichteter Luft, z.B. von den Verdichtern der Düsentriebwerke, arbei ten. Der Antrieb kann jedoch auch mit den Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine erfolgen.

Die Verwendung mehrerer Stromerzeuger hat verschiedene schwerwiegende Regelprobleme aufgeworfen. Wie bekannt, müssen parallel geschaltete Wechselstromgeneratoren synchron laufen. Hierbei kann es vorkommen, daß bei ungenügender Regelung ein Generator derart elektrisch belastet wird, daß die übrigen Generatoren als Synchronmotoren arbeiten. Dabei wird natürlich dieser Generator stark überlastet und, wenn dieser Zustand andauert, gewöhnlich überhitzt und brennt dann durch.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die die Drehzahl der einzelnen Generatoren und gleichzeitig das Abgabedrehmoment der einzelnen Generatorturbinen regelt, so daß die Belastung des einzelnen Generators im wesentlichen auf dem proportionalen Anteil gehalten wird.

Die Erfindung geht von einer bekannten Regeleinrichtung für die einen Wechselstromerzeuger od. dgl. antreibende Antriebsturbine einer Anlage aus, bei der mehrere durch Gas- bzw. Luftturbine angetriebene Wechselstromerzeuger parallel geschaltet sind und eine die Treibmittelmenge zur Turbine verstellende Drosselklappe vorgesehen ist, welche mit ansteigendem Drehmoment der Turbine geöffnet wird, und umgekehrt. Die Erfindung besteht nun darin, daß die Drosselklappe — wie an sich bekannt — mittels eines Stellmotors verstellbar ist und daß eine auf die Drehzahl der Turbine ansprechende Einrichtung zusätzlich zur Verstellung durch die auf das Drehmoment ansprechende Einrichtung die Stellung des Stellkolbens der Drosselklappe so verändert, daß eine vorbestimmte Drehzahl aufrechterhalten wird.

Regeleinrichtung

für die einen Wechselstromerzeuger
antreibende Antriebsturbine

Anmelder:

Thompson Products Inc.,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff und Dipl.-Ing. G. Puls, Patentanwälte, München 9, Sdiweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27.. Juli 1954

Allen Edwin Lepley, Wüloughby, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Durch die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung wird eine einfache automatischeBelastungsaufteilungs- und Drehzahlregelung für eine Wechselstromerzeugungsanlage geschaffen, bei der schnelle Schwankungen in der Generatotrbelastung einer Turbine unmittelbar gemessen werden und die Drosselklappe betätigen, um der von der Drehmomentmeßeinrichtung gemessenen Änderung entgegenzuwirken und damit die gewünschte Belastung aufrechtzuerhalten, obgleich der Generator mit den anderen Generatoren im Gleichlauf ist und damit mit einer durch die anderen Generatoren bestimmten Drehzahl läuft.

Die Anordnung ist bei der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise so getroffen, daß die Rückseite des Stellkolbens vom Treibmitteldruck hinter der Drosselklappe in Schließ richtung und daß die Vorderseite des Stellkolbens über vom Drehmoment verstellbare Ventile mit Atmosphärendruck oder dem Druck vor der Drosselklappe beaufschlagt wird. Die Ventile weisen einen in einem Zylinder spielenden Kolben auf, dessen eine Seite von einer vom Drehmoment abhängigen Kraft und dessen andere Seite vom Druck auf der Vorderseite des Stellkolbens beaufschlagt wird, wobei der an die Vorderseite des Kolbens angrenzende Zylinderraum über Ventile,

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welche von der Bewegung des Ventilkolbens gesteuert werden, mit dem Drück vor der Drosselklappe oder der Atmosphäre verbunden wird. Zwischen der auf das Drehmoment ansprechenden Einrichtung und dem Kolben der Ventile ist ein Kraftübertragungsglied angeordnet, dessen Übertragungsverhältnis von der auf die Drehzahl ansprechenden Einrichtung gesteuert wird.

Der Stellkolben der Drosselklappe ist ferner mit einem zweiten Kolben starr verbunden, der in Öffnungsrichtung der Drosselklappe mit einem Druck beaufschlagt wird, dessen Höhe von der auf die Drehzahl ansprechenden Einrichtung über einen Ventilkörper auf einen Wert zwischen Atmosphärendruck und dem Druck vor der Drosselklappe einstellbar ist. Dieser Ventilkörper ist mit einer Einrichtung versehen, die seine Regelbewegung gegenüber dem Beginn einer Drehzahländerung derart verzögert, daß der Regelvorgang von kurzzeitigen Drehzahländerungen nicht beeinflußt wird.

Der Sollwert des Drehzahlreglers wird durch eine Störgröße verstellt, um die gesamte Regelcharakteristik der Generatorcharakteristik anzupassen und dadurch eine richtige Aufteilung der Belastung zu erreichen. Als Störgröße wird der Druck hinter der Drossel benutzt.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist das Schema einer die Merkmale der Erfindung aufweisenden Regelung für einen turbinengetriebenen Generator,-und

Fig. 2 ist ein Schema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Obwohl die Anlage mehrere Generatoren umfaßt, ist der Einfachheit halber nur ein einziger Generator 10 dargestellt, der von einer Turbine 11 angetrieben wird, die sich, in der Zeichnung gesehen, im Uhrzeigersinn dreht. Die Turbine wird, wie oben erwähnt, durch Druckluft betrieben, die über die Drosselklappe 12 aus einer Leitung 13 zugeführt wird. Der Generator speist über die Leitungen 14 ein elektrisches Netz, auf das mehrere ähnliche, parallel geschaltete Generatoren arbeiten und an welches eine Belastung angeschlossen ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsfarm der Erfindung ist ein das Drehmoment anzeigender. Hebel 15 vorgesehen. Der Hebel 15 ist vorzugsweise mechanisch mit einem Teil, des Generatorgehäuses über ein nicht dargestelltes Planetengetriebe üblicher Ausführung verbunden, welches auf. den Hebel 15 eine der Belastung des Generators 10 proportionale Kraft, jedoch in Richtung des Pfeils 10', überträgt. Vorzugsweise besitzen solche Getriebe ein am Generatorgehäuse befestigtes Sonnenrad, einen an dem Hebel 15 befestigten Zahnkranz und einen dazwischen .angeordneten Planetenträger, der abbremsbar ist, um ein im entgegengesetzten Sinn wirkendes Drehmoment auf den Hebel 15 zu erhalten. Dieses Drehmoment wird über den Hebel 15 auf ein Rückstellglied übertragen, das den Hebel 15 in einer im wesentlichen nicht verschwenkten Stellung hält. Im vorliegenden Fall umfaßt das Rückstellglied einen Hebel 35, der bei 36 an einem festen Gehäuse 17 drehbar gelagert ist.

Der im wesentlichen in fester Stellung gehaltene Hebel 15 übertragt somit eine dem Drehmoment proportionale Kraft auf den Hebel 35, der entsprechend dem Wert des Drehmoments ein Steuerventil 20 verstellt, welches einen in einem Zylinder 22 hin- und hergehenden Kolben 21 aufweist. Außerdem enthält das Steuerventil 20 ein Doppelabsperrventil 23 mit einem Ventilkörperteil 23o innerhalb einer Einlaßöffnung 24, welche den Leitungsdruck aus der Leitung 25 zu dem Zylinderraum 22 führt, und einem Kugelventil 23 b, mit dem der Kanal 26 im Kolben 21, der aus dem Zylinderraum herausführt, abgesperrt werden kann. Bei Bewegung des Kolbens 21 nach oben wird mittels der Ventilkugel 23 b der Ventilkörper 23, 23 α ebenfalls nach oben bewegt, wodurch die Öffnung 24 geöffnet wird, so daß unter Druck stehendes Gas aus der Leitung 25 in die Leitung 27 und damit zu der unteren Kammer 28 des Stellmotors 29 zum Verstellen der Drosselklappe 12 in der Treibmittelzufuhrleitung gelangt. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens fällt dagegen der Ventilkörper 23 nach unten, wodurch die Öffnung 24 abgeschlossen wird und das Kugelventil 23 b den Kanal 26 öffnet. Hierdurch wird der Zylinder 22 und damit die Leitung 27 und die Kammer 28 über die Leitung 26 zu der Atmosphäre entlüftet.

Solange das Ventil 23 b geschlossen ist, wird der Kolben durch den im Zylinderraum 22 herrschenden Druck nach unten gedrückt. Diese nach unten gerichtete Kraft gleicht die von dem Hebel 15 auf den Hebel 35 aufgebrachte Kraft aus. Der Hebel 15 wird in ständigem Eingriff mit dem Hebel 35 durch eine Feder 16 gehalten, die sich über die einstellbare Schraube 18 an dem festen Gehäuse 17 abstützt. Die Feder 16 verhindert, daß bei einem schnellen Abfall der Generatorbelastung der Zylinderraum 22 vollständig entlüftet wird und damit die Drosselklappe vollständig geschlossen wird und verhindert somit übermäßige Drosselklappenschwankungen.

Der Kolben 30 des Stellmotors 29 ist über ein übliches Gestänge 30 α mit der Drosselklappe 12 in solcher Weise verbunden, daß eine in der Zeichnung gesehen aufwärts gerichtete Bewegung ein öffnen der Drosselklappe bewirkt. Der Kolben teilt den Betätigungszylinder 29 in zwei getrennte Kammern 28 und 31. Der Zylinderraum 28 des Stellmotors 29 wird über das Ventil 20 vom Druck P₁ in der Turbinenzuführungsleitung beaufschlagt Der andere Zylinderraum 31 wird über die Leitungen 32 und 33 vom Druck hinter der Drosselklappe 12 beaufschlagt, so daß dem Raum 30 ein etwas geringerer Druck P₂ als dem Raum 28 zugeführt wird. Der Druck P₂ ist der Druck am Turbineneintritt, und abgesehen von schnellen und intermittierenden Schwankungen dieses Druckes infolge sehr kurzer Belastungsanstiege, kurzzeitiger Änderungen des Druckes P₁ oder infolge Verstellung der Drosselklappe 12 ist der Druck P₂ hinter der Drosselklappe 12 ein Maß für die Drehmomentbelastung des Generators und damit der Turbine 11. Da der Druck hinter der Drosselklappe bzw. der Druck im Raum 31 immer gleich oder geringer als der Druck vor der Drosselklappe im Zylinderraum 28 des Stellmotors 29 ist, wird die Drosselklappe 12 jedesmal dann geöffnet, wenn der Kolben 21 genügend weit nach oben bewegt wird und dem Raum 28 den Druck vor der Drosselklappe zuführt. Ebenso· wird bei einer Verbindung des Raumes 28 mit der Atmosphäre der Druck in diesem Raum geringer als der in dem Raum 31 und somit die Drosselklappe 12 geschlossen.

Der Druck innerhalb des Zylinderraums 22, der auf den Kolben 21 wirkt, dreht den das Drehmoment übertragenden Hebel 35 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 36 und hält damit den Kolben 21 mit dem einen Hebelarm 35 α und den anderen Hebelarm 35 b mit dem zwischen dem Hebel 35 und dem Dreh-

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momenthebel 15 gelegenen einstellbaren Glied 37 für die Einführung von Steuerdrücken unter der Kon-

die Belastungsverteilung in Berührung. trolle des Steuerventils 45 in die Räume 43 und 44

Der dem Generator 10 zugeordnete Drehmoment- an den beiden Enden des Zylinders erhalten,
hebel 15 wird in einer Gleichgewichtslage gehalten, Das Ventil 45 umfaßt einen innerhalb eines zylinin welcher die am Kolben 21 wirkende Kraft, die den S drischen Außengehäuses 47 verschiebbaren Kolben-Hebel 35 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn zu dre- schieber 46. Das Gehäuse 47 ist mit Auslaßkanälen hen versucht, dem Reaktionsdrehmoment des Hebels 48 und 49 versehen, die zu den Kammern 43 bzw. 44 15 und der Kraft der Feder 16, die den Hebel 35 im führen. Außerdem besitzt das Gehäuse einen in der Uhrzeigersinn zu schwenken strebt, entgegenwirkt, so Mitte gelegenen, bei 50 angedeuteten Einlaß. Der daß sich ein Gleichgewichtszustand ergibt, bei wel- io Kolbenschieber 46 hat zwei Steuerkanten 51 und 52, chem die Hebel 15 und 35 bzw. der Kolben 21 in die in der neutralen Stellung so liegen, daß sie die Ruhestellung sind. Kanäle 48 und 49 von dem durch die Öffnung 50 in

Wenn sich die Teile in diesem Gleichgewichts- das Gehäuse 47 eingeführten Druck abschließen. Durch

zustand befinden, verursacht jeder Anstieg der Be- eine Bewegung des Kolbenschiebers 46 nach rechts

lastung des Generators 10 ein Steigen des Dreh- 15 werden die Kanäle 49 und 50 verbunden und damit

moments, wodurch der Hebel 35 im Uhrzeigersinn der Kammer 44 Druck zugeführt und gleichzeitig die

gedreht und eine Bewegung des Kolbens 21 nach oben Kammer 43 zur Atmosphäre entlüftet. In ähnlicher

hervorgerufen wird, um den Zylinder 22 dem Druck Weise werden durch eine Bewegung des Kolben-

P₁ vollständig zu öffnen. Da der DrUCkP₁ größer ist Schiebers 46 nach links die Leitungen 48 und 50 ver-

als der Druck P₂, öffnet sich die Drosselklappe, um 20 bunden, wodurch der Kammer 43 Druck zugeführt

eine Überlastung des Generators zu verhindern, wel- wird und die Kammer 44 über das offene Ende 47 b

ehe die Drehzahl unzulässig verringern würde. mit der Atmosphäre verbunden wird.

Wenn andererseits die Belastung des Generators Der Kolbenschieber 46 wird durch den Drehzahlplötzlich abnimmt, wird der Kolben 21 nach unten regler 53 verstellt. Dieser Regler besitzt eine Muffe bewegt. Diese Abwärtsbewegung, die durch die Luft 25 54, die über ein nicht gezeigtes übliches Getriebe von im Zylinderraum 22 Hervorgerufen und außerdem von der Turbine angetrieben wird und sich axial zu den dem Gewicht des Kolbens 21 unterstützt wird, be- drehbar gelagerten Fliehgewichten 55 verschiebt. Die wirkt ein Schließen des Ventils 23 a und Öffnen des Fliehgewichte laufen gemeinsam mit der Muffe um, Ventils 23 b und hat somit das Bestreben, die Kam- was dadurch bewirkt wird, daß der Fliehgewichtsmer28 zur Atmosphäre zu entlüften und eine Ab- 30 träger 56 auf einer vieleckigen Welle 54 a verschiebwärtsbewegung des Kolbens 30 zu bewirken mit dem bar ist. Der Fliehgewichtsträger 56 ist seinerseits Resultat, daß die Drosselklappe 12 geschlossen wird. gegenüber axialen Bewegungen fest, sonst aber dreh-Dieses Schließen der Drosselklappe ruft natürlich so- bar mit dem Kolbenschieber 46 verbunden. Der Fliehfort eine Verringerung des Turbineneintrittsdrucks gewichtsträger 56, an dem die Fliehgewichte 55 hän- und damit eine Verringerung des von der Turbine 11 35 gen, wird von der Reglerfeder 57 in der Zeichnung auf die Anlage aufgebrachten Drehmoments hervor. nach links gedrückt, so daß normalerweise der KoI-

Schwankungen in der Stellung des Hebels 35 in- benschieber 46 nach links geschoben ist, bis die Drehfolge Änderungen des Drehmoments bzw. infolge zahl des Generators einen vorbestimmten Wert erendlicher Drehmomentregelabweichung der Turbine reicht hat, bei dem die Feder 57 zusammengedrückt rufen Änderungen in der Stellung des Kolbens 21 und 40 wird und die Fliehgewichte 55 den Steuerschieber 46 damit Verstellung des Ventils 23 hervor. Diese Ven- nach rechts bewegen. Die Stärke der Feder 57 beti!verstellung ändert den Druck in dem Zylinderraum stimmt den Drehzahlsollwert. Abweichungen des· Ist-22, der nun teils über und teils unter dem Druck in wertes vom Sollwert verstellen das Steuerventil 46 dem Raum 31 liegt, je nach Größe und Vorzeichen der nach rechts und das Element 37 nach links, so daß Regelabweichung. Die Regelabweichung verstellt die 45 die vom Kolben 21 ausgeübte Kraft die von dem Drosselklappe 12, die dadurch die Regelabweichung Hebel 15 ausgeübte Kraft überwiegt und der Kolben zum Verschwinden bringt. Hierdurch werden gleich- sich nach unten bewegt und dadurch die Drosselzeitig von Belastungsänderungen herrührende Dreh- klappe 12 schließt.

zahländerungen verhindert, indem die Drosselklappe Die den Drehzahlsollwert darstellende Vorspannung von der Drehmomentregelabweichung in dem Sinne 50 der Feder 57 wird jedoch mittels einer zweiten Störverstellt wird, daß sie D rehzahl änderungen entgegen- größe verstellt, um eine niedrigere Drehzahl zu erwirkt, die von plötzlichen Belastungsänderungen her- reichen, bei der die Drosselklappe geschlossen wird, rühren. Diese Störgrößeneinführung ist bei 60 gezeigt. Sie

Zur Unterstützung der Innehaltung einer kon- umfaßt einen Zylinder 61, in dem sich eine an dem stanten, belastungsunabhängigen Drehzahl ist gemäß 55 Kolbenschieber 46 starr befestigte Verlängerung 62 der Erfindung noch ein zusätzlicher Drehzahlregler befindet. Der hinter der Drosselklappe 12 am Turvorgesehen, der ein Steuerventil 45 aufweist, das auf bineneintritt herrschende Druck P₂ wird als den Dreh-Regelabweichungen der Turbinendrehzahl anspricht, zahlsollwert verstellende Störgröße benutzt und über wobei der Drehzahlsollwert willkürlich von Hand ein- eine Verlängerung der Leitung 33 dem Zylinder 61 stellbar ist, und das darüber hinaus den Druckände- 60 zugeführt. Dieser Druck verschiebt den Kolben 62 rungen hinter der Drosselklappe der Turbine 11 unter- und damit den Kolbenschieber 46 in der gleichen worfen ist. Die Einführung der Drehzahl als Stör- Richtung wie ein Drehzahlanstieg. Daher wird die größe wird durch die radiale Hin- und Herbewegung Vorspannung der Feder 57 dann, wenn der Druck P₂ des Verteilerelements 37 längs des Hebelarmes 35 b an dem Turbineneintritt steigt, verringert. Damit und längs des Hebels 15 erreicht. Zur Verstellung des 65 wird aber auch der Drehzahlsollwert erniedrigt. Ein Elements 37 dient ein Hebel 38, der sich um einen Anstieg des Druckes nach der Drosselklappe hat zur Festpunkt 39 dreht und mittels eines Lenkers 40 mit Folge, daß die Drosselklappe bei geringerer Drehzahl einem Kolben 4l verbunden ist, der sich innerhalb bereits schließt. Dadurch wird der Regelvorgang· im eines doppelt wirkenden Zylinders 42 hin- und her- wesentlichen drehmomentabhängig. Der hinter der bewegt. Die Bewegung des Kolbens 41 wird durch 70 Drosselklappe am Türbineneintritt herrschende Druck

ist der Belastung des Generators im wesentlichen proportional. Damit wird, wenn die Belastung des Generators steigt, eine proportionale Kraft auf den Kolben 62 zur Unterstützung der Fliehgewichte 55 aufgebracht. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Belastung des Generators steigt, die Drehzahl des Generators in im wesentlichen konstantem Verhältnis zu dem Lastanstieg verringert wird. Diese Regelung wird in Verbindung mit ähnlichen Regelungen in allen anderen Wechselstromgeneratoren benutzt, so daß die Belastung der Stromerzeuger anlage von den einzelnen Generatoren gleichmäßig übernommen wird.

Angenommen, der einzelne Generator 10 soll aus dem Stillstand heraus in Betrieb gesetzt werden. Zum Inbetriebsetzen wird zunächst von Hand oder in anderer Weise die direkt gesteuerte Drosselklappe 72 geöffnet. Bei dem Öffnen der Drosselklappe wird ein DrUCkP₁ in der Leitung 25 vor der Drosselklappe 12 entstehen. Da beim Anlaufen sich das Element 37 in seiner am weitesten rechts liegenden Stellung befinden wird, wird das von dem Hebel 15 und Feder 16 aufgebrachte Drehmoment leicht das vom Kolben 21 aufgebrachte Drehmoment überwiegen. Die Kammer 22 wird so mit dem Druck P₁ verbunden. Damit wird der Druck P₁ in der Leitung 25 der Kammer 28 zugeführt, und da der Druck vor der Drosselklappe 12 größer ist als hinter ihr, wird die Drosselklappe 12 geöffnet. Das Öffnen der Drosselklappe 12 bewirkt natürlich, daß die Turbine 11 beginnt, den Generator 10 mit zunehmender Drehzahl anzutreiben.

Unter den vorstehend erwähnten Bedingungen wird die Drehzahl des Generators 10 ansteigen, bis der Gleichgewichtszustand des Reglers erreicht ist. Wenn die Drehzahl steigt, kommt sie in den Drehzahlbereich der übrigen Generatoren, und der Generator kann dann mit den übrigen Generatoren synchronisiert werden.

Damit bei allen Generatoren eine im wesentlichen identische fallendeDrehzahl-Belastungs-Charakteristik erhalten wird, ist an jedem Generator, eine Einstelleinrichtung vorgesehen. Diese Einstelleinrichtung ermöglicht es, mittels des Druckes P₂ auf den Kolben 62 des Kolbenschiebers 46 durch Änderung der Vorspannung der Drehzahlreglerfeder 57 den Drehzahlsollwert zu verstellen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein einstellbares Widerlager 68 über ein Getriebe 66 mit einem Stellmotor 65 verbunden. Zwischen dem Kolben 62 und dem Widerlager 68 ist eine Feder 67 angeordnet, die der Feder 57 entgegenwirkt. Durch Verstellen des Widerlagers 68 kann die Drehzahl der Turbine im unbelasteten Zustand geändert werden.

Der Stellmotor 65 wird mit einem Steuergerät 7Ö betätigt, welches vom Drehzahlmesser 71 verstellt wird, der der anfänglichen Synchronisierung des Generators mit den übrigen Generatoren dient.

Vom Steuergerät 70 aus wird elektrisch über eine Stromspule 73 das Steuerventil 74 eines pneumatischen Stellmotors 75 betätigt, der bei Ausfall eines Generators das Schnellschluß ventil 72 schließt, welches außerdem mechanisch von Hand geschlossen werden kann.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Wie bei der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion wird durch die Regeleinrichtung der Fig. 2 die Turbinendrosselklappe 12 α direkt von der Drehmomentbelastung des einzelnen Generators verstellt. Um jedoch die fallende Drehzahl-Belastungs-Charakteristik der an den Generator angelegten tatsächlichen Belastung genauer anzupassen, wird bei der in Fig. 2 gezeigten Regeleinrichtung der Drehzahlsollwert direkt von einem mechanischen, auf Drehmoment ansprechenden Ventil statt von dem etwas weniger genau meßbaren Turbineneintrittsdruck P₂ verstellt.

Der Generator 10 α wird von der Turbine 11 α angetrieben, in deren Treibgasleitung eine Drosselklappe 12 a angeordnet ist. Der Generator 10a speist Elektrizität für die Verwendung an Bord eines Flugzeugs od. dgl. in die Leitungen 14a. Er ist mit einem Drehmomenthebel 15 a versehen, der vorzugsweise an dem Außengehäuse des Generators starr befestigt ist. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung bewegt sich der Hebel 15 a in der gleichen Richtung wie die den Generator treibende Turbine. Die Anwendung eines Planetengetriebes od. dgl. für die Schaffung eines in entgegengesetzer Richtung wirkenden Drehmoments an dem Hebel 15 ist daher nicht erforderlich. Diese Einsparung des Umkehrmechanismus und der durch die Elemente 35 und 37 geschaffenen Einrichtung in Fig. 1 zur Veränderung des Hebelarms, an dem das Drehmoment wirkt, vereinfacht die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform wesentlich.

Das auf Drehmoment ansprechende Ventil 20a hat einen Ventilkörper 23 a, dessen Lage durch den Kolben 21a gesteuert wird. Bei einem Anwachsen des Drehmoments am Generator 10 a wird der Hebel 15 a in Fig. 2 im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch der Ventilkörper 23 α nach oben bewegt wird, um den Druck P₁ vor der Drosselklappe 12 a über die Leitungen 25 a und 27a der Kammer 28a in dem Drosselklappenstellmotor 29 α zuzuführen. Durch den Leitungsdruck P₁ in der Kammer 28 wird der Kolben 30 a des Stellmotors nach oben gedrückt und öffnet die Drosselklappe 12 α. Hierdurch hält der Generator seine Drehzahl bei der zugehörigen Belastung aufrecht, statt als Motor zu arbeiten, der den anderen Generatoren Strom entzieht. Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung, erfolgt eine Rückführung in der Form der Beauf schlagung der anderen Stellmotorkammer 31a über die Leitung 32 a mit dem Druck P₂ hinter der Drosselklappe. In dem Maße, wie sich die Drosselklappe 12a öffnet, steigt der Druck P₂ an, der den Kolben 30 a im Gleichgewicht hält. Wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist bei der Konstruktion nach Fig. 2 eine drehzahlabhängige Regelung als auch eine belastungsabhängige Regelung der Drosselklappe vorgesehen. Die drehzahlabhängige Regelung erfolgt jedoch direkt und nicht indirekt über die Einstellung des Hebelarms, an dem das Drehmoment wirkt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Statt dessen benutzt die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ein Steuerventil 80 für die Regelung der Zuführung des Druckes P₁ zu der Kammer 81 des Drosselklappenstellmotors 29 a, um den Kolben 82 mit fallender Drehzahl nach oben zu drücken und damit die Drosselklappe 12 a zu öffnen. Das Ventil 80 hat ein Gehäuse 83 mit einem Stützlager 84, in welchem ein Ventilkörper 85 verschiebbar ist. Das linke Ende des Ventilkörpers 85 hat einen Ventilsitz 86, von dem ein Kanal 87 ins Freie führt und der durch das hin- und herbewegliche Ventil 88 geschlossen wird. Das Ventil 88 wird von der Feder 90 nach rechts auf die Ventilsitze 89 und 86 gedrückt. Der Ventilkörper 85 wird von der Feder 91 des Zentrifugalreglers nach links und von den Fliehgewichten 92j die über eine Welle 54 b von der Turbinengeneratorwelle angetrieben werden, in entgegengesetzter Richtung nach rechts gedrückt.

Wenn die Generatordrehzahl den eingestellten Sollwert übersteigt, wird der Ventilkörper 85 nach rechts zu bewegt und damit die Kammer 93 über den Kanal

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ίο

87 sowie die Kammer 81 mit der Atmosphäre verbunden, so daß die Drosselklappe 12 a in Richtung auf die Schließstellung aus dem Gleichgewicht kommt. Umgekehrt drückt bei einem-Abfall der Drehzahl unter den Sollwert, der gewöhnlich von einer plötzliehen Belastung des Generators herrührt, die Feder 91 den Ventilkörper 85 nach links, wodurch die Kammer 93 zu der Leitung 50 α hin geöffnet wird und die Kammer 81 mit dem Druck P₁ verbunden wird, wodurch die Drosselklappe 12a geöffnet wird. -

Um unzulässige Schwankungen zu verhindern,, wird L".

die Bewegung des Ventilkörpers 85 gedämpft, indem eine Kammer 94 für die Verzögerung der Stellgeschwindigkeit vorgesehen ist, die über die Leitung 95, welche eine Drosselöffnung 96 aufweist, mit der Kammer 93 verbunden ist. Die Drossel 96 verhindert einen sehr schnellen Ausgleich des Drucks zwischen den Kammern 93 und 94. Da die Kammern durch eine Membran 94 a voneinander getrennt sind, die außen am Ventilgehäuse 80' und innen am Ventilkörper 85 befestigt ist, verzögert ein verlangsamter Druckausgleich zwischen den Kammern 93 und 94 die Bewegung des Ventilkörpers 85.

Die Erniedrigung des Drehzahlsollwertes wird bei der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung mittels einer Kammer 97 erzielt, die über eine Leitung 98, welche eine Drosselstelle 99 aufweist, mit der Leitung 27 α in Verbindung steht, die von dem vom Drehmoment verstellten Ventil 20a gesteuert wird. Ein Steigen des Drehmoments bzw. der Belastung des Generators 10 a erhöht den Druck in der Leitung 27a. Dieser Druckanstieg wird nach einer kurzen Verzögerung durch die Drosselstelle 99 zum Teil in der Kammer 97 in Erscheinung treten und den Ventilkörper 85 mittels einer an ihm befestigten Membran 85 α nach rechts drücken. Da der Ventilkörper 85 gleichzeitig auch von den Fliehgewichten 92 nach rechts bewegt wird, verschiebt das Beaufschlagen der Kammer 97 mit Druck den Ventilkörper 85 ebenfalls nach rechts, so daß die Drosselklappe bei einer geringeren Drehzahl öffnet, als wenn der Kammer 97 kein Druck zugeführt würde. Infolge der direkten Verstellung bzw. Erniedrigung des Drehzahlsollwertes durch den Drehmomenthebel 15 a und das Ventil 20 a statt Sollwertverstellung mit Hilfe des weniger genauen Drucks P₂ ist eine genauere Regelung geschaffen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für die einen Wechselstromerzeuger od. dgl. antreibende Antriebsturbine einer Anlage mit mehreren parallel geschalteten, durch Gas- bzw. Luftturbine angetriebenen Wechselstromerzeugern mit einer die Treibmittelmenge zur Turbine verstellenden Drosselklappe, welche mit ansteigendem Drehmoment der Turbine geöffnet wird, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (12) — wie an sich bekannt — mittels eines Stellmotors (30 bzw. 30 a) verstellbar ist und daß eine auf die Drehzahl der Turbine (11) ansprechende Einrichtung (531 zusätzlich zur Verstellung durch die auf das Drehmoment ansprechende Einrichtung (15) die Stellung des Stellkolbens (30 bzw. 30 α) der Drosselklappe (12) so verändert, daß eine vorbestimmte Drehzahl aufrechterhalten wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Stellkolbens (30 bzw. 30 a) vom Treibmitteldruck (P₂) hinter der Drosselklappe (12) in Schließ richtung und daß die Vorderseite des Stellkolbens über vom Drehmoment (15) verstellbare Ventile (20 bzw. 20 a) mit Atmosphärendruck oder mit dem Druck (P₁) vor der Drosselklappe beaufschlagt wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (20 bzw. 20 a) einen in einem Zylinder (22 bzw. 22a) spielenden Kolben (21 bzw. 21 a) aufweisen, dessen eine Seite

. von einer vom Drehmoment abhängigen Kraft und dessen andere Seite vom Druck auf der Vorderseite des Stellkolbens (30 bzw. 30 a) beaufschlagt wird, wobei der an die Vorderseite des Kolbens angrenzende Zylinderraum (28., 28 α) über Ventile (23 a, 24 bzw. 23&), welche von der Bewegung des Ventilkolbens (21,21a) gesteuert werden, mit dem Druck (P₁) vor der Drosselklappe (12 bzw. 12 a) oder der Atmosphäre verbunden wird.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ventilkolben (21 bzw. 21a) gesteuerten Ventile (23 a, 23 b) koaxial zu Kolben (21, 21a) und Zylinder (22, 22 a) des Ventils (20,20 a) angeordnet und starr miteinander verbunden sind.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf das Drehmoment ansprechenden Einrichtung (15) und dem Kolben (21) des Ventils (20) ein Kraftübertragungsglied (37) angeordnet ist, dessen Übertragungsverhältnis von der auf die Drehzahl ansprechenden Einrichtung (53) gesteuert wird (Fig. 1).

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Drehmoment ansprechende Einrichtung (15) eine mechanische Drehmomenten-Meßeinrichtung ist, die über das von der Drehzahl verschiebbare Übertragungsglied (37) das eine Ende (35 a) eines zweiarmigen Hebels (35) belastet, dessen anderer Arm vom Kolben (21) des Ventils (20) belastet wird.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (30 a) der Drosselklappe (12 a) mit einem zweiten Kolben (82) starr verbunden ist, der in Öffnungsrichtung der Drosselklappe mit einem Druck beaufschlagt wird, dessen Höhe von der auf die Drehzahl ansprechenden Einrichtung (53) über einen Ventilkörper (85) auf einen Wert zwischen Atmosphärendruck und dem Druck (P₁) vor der Drosselklappe (12 a) einstellbar ist (Fig. 2).

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (85) mit einer Einrichtung (93, 94, 94 a, 95, 96) versehen ist, die seine Regelbewegung gegenüber dem Beginn einer Drehzahländerung derart verzögert, daß der Regelvorgang von kurzzeitigen Drehzahländerungen nicht beeinflußt wird.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsollwert mit wachsendem Druck (P₂) hinter der Drossel (12) als Störgröße vermindert wird.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der, Drehzahlregler (53) als Fliehkraftregler ausgebildet ist, der einen Kolben (62) verstellt, welcher auf seiner einen Seite von einem dem Drehmoment proportionalen Druck derart beaufschlagt wird, daß ein Anstieg dieses Drucks eine Verstellung der Stellglieder in der gleichen Richtung wie ein Drehzahlanstieg bewirkt.

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11. Regeleinrichtung nach Anspruch IQ, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (62) auf seiner einen Seite von dem Druck (P₂) hinter der Drosselklappe beaufschlagt wird (Fig. 1).

12, Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (85) von demjenigen Druck verstellt wird, der von dem vom Drehmoment gesteuerten Ventil (20 a) ein-

gestellt wird und der den Stellkolben (30 a) der Drosselklappe (12 α) in Öffnungsrichtung der Drosselklappe beaufschlagt (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 251 222; USA.-Patentschrift Nr. 2 685 428.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen