И быстроходным регулятором скорости

Простейшая система регулирования частоты вращения (рис.97) содержит все основные элементы любой самой сложной системы регулирования, однако имеет целый ряд недостатков. Одним из них является малая перестановочная сила регулятора скорости. Действительно, для того чтобы регулятор скорости быстро откликался на изменение частоты вращения, необходимо, чтобы его грузы 3 были легкими, а это означает, что центробежная сила, переставляющая муфту 4 и клапан 7, также оказывается малой. Вместе с тем на клапаны действуют значительные силы, преодолеть которые центробежный регулятор в состоянии только в турбинах малой мощности с низкими параметрами пара.

Поэтому центробежные регуляторы турбин не соединяют непосредственно с парораспределительными органами, а воздействует на них через вспомогательный усилительный механизм, называемый сервомотором.

Другой недостаток рассмотренной системы регулирования состоит в наличии большого количества механических соединений и шарниров, зазоры и трение в которых являются источником появления значительной нечувствительности. Опыт эксплуатации рычажных систем регулирования показал, что даже в хорошо отлаженных и пригнанных системах регулирования после относительно недолгой работы появляется нечувствительность, из-за чего приходится останавливать турбину на ремонт. Поэтому в современных системах используют, в основном, гидравлические связи, не подвергающиеся износу и не вызывающие нечувствительности со временем.

Наконец, центробежный регулятор скорости требовал пониженной частоты вращения регуляторного валика, поэтому его привод от вала турбины осуществлялся через пониженную передачу (чаще всего червячную), которая вследствие малой надежности была постоянным источником тяжелых аварий. Поэтому в системах регулирования современных паровых турбин регуляторы скорости центробежного типа имеют специальную конструкцию, позволяющую им работать непосредственно на валу турбины.

Рассмотрим принципиальную схему регулирования с быстроходными регулятором скорости и гидравлическими связями (рис.101).

Рисунок 101 - Принципиальная схема регулирования с быстроходным

регулятором скорости и гидравлическими связями

Перемещение регулирующего клапана 15, который управляет подачей пара в турбину, осуществляет сервомотор 14, представляющий собой цилиндр с движущимся внутри поршнем. При подаче рабочей жидкости под давлением в полость над поршнем и сообщении полости под поршнем с областью пониженного давления (сливом) поршень перемещается вниз и закрывает регулирующий клапан. При подаче рабочей жидкости под поршень регулирующий клапан открывается.

Подачей рабочей жидкости в сервомотор управляет золотник 11, на который сверху действует усилие пружины, а снизу – давление рабочей жидкости. При установившемся режиме работы турбины кромки золотника 11 располагаются в точности против окон в буксе золотника, следовательно, рабочая жидкость, поступающая в полость между управляющими буртиками золотника, не может проходить в сервомотор, поэтому клапан 15 турбины неподвижен. Движение сервомотора происходит только при смещении золотника; тогда в одну из полостей сервомотора поступает жидкость под давлением, а вторая полость сообщается через золотник с областью низкого давления.

Из рассмотрения принципа работы сервомотора и его золотника сразу следует важное преимущество такой системы: для перемещения золотника 11 не требуется большой перестановочной силы, при этом в сервомотор можно подавать жидкость под высоким давлением, что позволяет получить большое перестановочное усилие на клапане при малых размерах сервомотора.

Важным элементом системы регулирования является золотник обратной связи12, обеспечивающий устойчивость ее работы: при своем движении поршень сервомотора 14 не только перемещает клапан, но и воздействует на давление под золотником 11, возвращая его к прежнему значению и останавливая движение поршня сервомотора 14 (поэтому золотник обратной связи часто называют выключателем).

Регулятор скорости 9 помещен непосредственно на валу турбины 16 и выполнен в виде упругой ленты, деформация которой вызывает перемещение отбойной пластины 8, которая изменяет расход жидкости через сопло 17 в буксе 3. Положение буксы определяется разностью давлений рабочей жидкости в камерах 6 и 7. Если, например, частота вращения возрастает, то отбойная пластина 8 регулятора скорости сдвинется вправо, слив из сопла 17 увеличится, и давление в камере 7 снизится. Поэтому букса 3 сдвинется вправо и увеличит площадь для прохода рабочей жидкости через окна 5 и 4 на слив. Это приведет к падению давления в линии 10 и опусканию отсечного золотника 11 (линию 10 называют импульсной, поскольку она дает импульсы на перемещение золотника). Рабочая жидкость начнет поступать в верхнюю полость сервомотора и регулирующий клапан 15 начнет закрываться. При этом важно, что золотник 12 обратной связи, перемещающийся вместе с поршнем сервомотора, будет прикрывать окна 13, компенсируя открытие окон 5 и восстанавливая давление в импульсной линии под золотником 11. В результате этого золотник 11 займет снова среднее положение, а клапан 15 – новое положение, обеспечивая поддержание частоты вращения.

При снижении частоты вращения процесс регулирования будет протекать в обратном порядке.

Золотник 2, перемещаемый с помощью маховичка 1 (или электродвигателя), играет роль механизма управления. Действительно, если, например, турбина включена в мощную энергосистему и ее частота вращения практически неизменна, то закрывая окна 4 золотником 2, можно изменить давление под золотником 11, что вызовет его перемещение и поступление рабочей жидкости в сервомотор 14. Поршень сервомотора поднимется и увеличит поступление пара в турбину и развиваемую ею мощность. Открытие окон золотника 13 восстановит импульсное давление под золотником 11 и вернет его в среднее положение при новом режиме работы турбины.