Пристрій регулювання частоти обертання ротора парової турбіни

Винахід відноситься до техніки управління і регулювання неелектричних параметрів, зокрема, частоти обертання ротора парової турбіни - привода повітряного компресора. Відома система регулювання парової турбіни малої потужності - приводу повітряного компресора, що складається із гідродинамічного регулятора швидкості (частоти обертання ротора турбіни), двостороннього сервомотору із відсічним золотником, головного масляного насоса, що використовується для забеспечення робочою рідиною (турбінним маслом) системи змащення і регулювання і визначення частоти обертання ротора, регуляторів тиску масла "після себе" і маслопроводів (Системы автоматического регулирования и защиты турбины К-12, К-19 и К-22. Техническое описание ТО-1003-75. Производственное объединение "Невский завод им. Ленина". СанктПетербург). До недоліку даної схеми треба віднести підсилення зовнішнього збурення на роботу контуру управління виконавчого сервомотора, обумовлено тим, що живлення лінії зворотного зв'язку проточної системи зв'язано із подачею робочої рідини в робочі порожнини сервомотора через відсічний золотник. Це приводить до зменшення швидкодії сервомотора і, як наслідок, до зменшення стійкості і швидкодії усієї системи регулювання, підвищенню закидів частоті обертання ротора при спрацюванні системи у випадках відключення електричного генератора від системи. Динамічне змінення потрібних розходів масла призводить до зменшення тиску за насосом. Це потворює сигнал частоти обертання ротора турбіни і призводить до зменшення запасів стійкості роботи усієї системи регулювання. Задачею винаходу є підвищення стійкості роботи і швидкодії системи регулювання парової турбіни - привода повітряного компресора для забезпечення можливості використання її як привід електричного генератора. Необхідність внесення змін в існуючу схему регулювання викликані тим, що вимоги до системи регулювання турбіни - привода компресора в частині швидкодії і степені нерівномірності не відповідають вимогам до турбін - приводам електричних генераторів. Для цього в існуючу систему регулювання турбіни вводиться додатково пневмогідравлічний акумулятор і виконується реконструкція ряду її елементів, що дозволяють підвищити швидкість переміщення поршня сервомотора в перехідних режимах роботи без установки нового головного маслонасоса збільшеної потужності з підвищеним тиском нагнітання. На кресленні зображена схема системи регулювання парової турбіни. Система містить головний маслонасос 1, два регулятори тиску масла "після себе" 2, комбінований регулятор швидкості 3, відсічний золотник 4, сервомотор 5, пневмогідравлічний акумулятор 7, масляний бак з інжекторами 8 і маслопроводи силового масла І, масла постійного тиску II і проточної лінії III. Головний масляний насос 1 установлений на кінці ротора турбіни в картері переднього підшипника. Напір масляного насоса служить імпульсом регулятора швидкості. Корпус 9 складається з двох половин. Робоче колесо 10 має фрезеровані лопатки. За допомогою заклепок колесо насоса скріплене з покриваючим диском. Утримується колесо насоса на роторі за допомогою шпонкового з'єднання і притискного хвостовика 11. Ущільнення насоса від протоків масла з нагнітання насоса виробляється плаваючими ущільненими кільцями 12, що складаються з двох половин. Регулятор тиску масла "після себе" 2 має корпус 13, золотник 14, що самоцентрується, постачений пружиною 15, пристрій 16 для виміру величини стиску пружини. У корпусі мається регулююче вікно "А", через яке зливається масло з проточної лінії 1 і вікно "Б", через яке в міжпояскову камеру золотника підводиться масло від головного масляного насоса. Регулятор швидкості 3 має складений корпус, що складається з нижнього 17 і верхнього 18 корпусів, і механізм управління 28. У розточці нижнього корпуса 17 розташований поршень 19. У порожнину над поршнем підводиться масло з нагнітання головного масляного насоса, у порожнину під поршнем - з усмоктування головного маслонасоса. Знизу на поршень діє пружина 20, стиск якої регулюється гвинтом 21. У розточці нижньої частини верхнього корпуса 18 установлена букса 22. Усередині букси розташований золотник 23, жорстко зв'язаний через штовхальник з поршнем 19. У камеру "Б^ підводиться масло проточної системи, злив якого ведеться через регулююче вікно "Г^. У розточці верхньої частини корпуса 18 установлені нерухома букса 24, рухома букса 25, шток 26, на якому розміщений клапан "Д" і пружина 27. Відсічний золотник 4 виконаний із шістьма пасками. Два середніх є відсічними - маслорозподільними пасками. Крайні- паски напрямні. Паски між відсічними і напрямними - розподільні. Через вікно "Е" подається силове масло постійного тиску для привода поршня сервомотора. Через вікно "Ж" подається масло регулювання, яке дроселюючись у вікні "И" , подається в систему проточного масла. В другому від вер ха паску виконана масляна гідротурбіна, що обертає золотник. Золотник розташований у розточенні корпуса 30О сервомотора . В іншому розточенні корпуса сервомотора знаходиться поршень 31, з'єднаний зі штоком 32. Шток сервомотора проходить через втулку зворотного зв'язку 33, своєю голівкою з'єднується з тягою регулювальних клапанів. Втулка зворотного зв'язку 33 має дві рівнобіжні лиски, на кожній з яких виконані по подовжній щілині: - одна з них - "К" вузька клиноподібна, інша -"Л" - широка. На штоку сервомотора в тій частині, якою він проходить через втулку зворотного зв'язку, зроблена кругова проточка "М". Пневмогідравлічний акумулятор 7 складається з корпуса, виконаного з двох половин 34 і 35 і мембрани 36, що знаходиться між ними . Мембрана розділяє порожнини масла і газу. На схемі всі елементи системи регулювання зображені в положенні, що відповідає одному зі сталих режимів роботи турбіни, при якому забезпечується енергетичний баланс по навантаженню турбіни і кількості подаваного на неї пара і матеріальний баланс масла, яке поступає в проточну лінію III з відсічного золотника, зливається з неї в регулятор швидкості і втулці зворотного зв'язку сервомотора. Золотники 23 і 4 знаходяться в рівноважному стані причому золотник 4 знаходиться в середньому положенні, при якому подача масла в порожнині сервомотора відсічена. Порожнина під мембраною пневмогідравлічного акумулятора заповнена маслом. Процес регулювання протікає в такий спосіб. При зменшенні навантаження на електричний генератор частота обертання ротора турбіни зростає, збільшується напір головного масляного насоса і поршень 19 регулятора швидкості, стискаючи пружину 20, переміщується вниз на деяку величину і через золотник 23 відкриває вікно "Г". Злив масла з проточної лінії 111 збільшується і тиск у проточній лінії III зменшується. Внаслідок зниження тиску в нижній торцевій камері відсічного золотника 4 золотник відійде від середнього положення вниз, при цьому надходження масла через вікно "И" у проточну лінію збільшується, тиск масла досягає колишнього значення і рух золотника вниз припиниться. Масло постійного тиску через вікно "Е" і щілину, що утворилася, над верхньою крайкою нижнього паска золотника, надходить під поршень 31 сервомотора. Верхня робоча порожнина над поршнем 31 через щілину над верхньою крайкою верхнього паска золотника, з'єднується зі зливом. У результаті на поршень 31 почне діяти перепад тисків і поршень почне переміщуватися нагору, прикриваючи при цьому регулювальні клапани паророзподілу. Витрата пари в турбіну зменшується. Одночасно кільцева проточка "М" на штоку, теж переміщується нагору, зменшуючи площу, зливу масла з проточної лінії в клиноподібній щілині "К", що приводить до підвищення тиску масла в проточній лінії 1, а відповідно й у нижньої торцевій камері відсічного золотника 4. Останній відхиляється нагору, зменшуючи надходження масла в проточну лінію через вікно "И". Процес продовжується до настання нового рівноважного режиму роботи турбіни, при якому золотник 4 займе середнє положення і відітне подачу масла в порожнині сервомотора. Пневмогідравлічний акумулятор у розглянутому процесі не бере участь, тому що об'єм масла , що проходить через вікна "Е" відсічного золотника 4, невеликий і падіння тиску в порожнинах сервомотора не відбувається. При збільшенні навантаження на електричний генератор процес регулювання протікає аналогічним чином. При цьому знижується частота обертання ротора турбіни. Знижується напір головного масляного насоса і золотник 23 прикриває злив масла через вікно "Г", що приводить до підвищення тиску масла в проточній лінії III. Відсічний золотник переміщується нагору, направляючи потік масла постійного тиску з вікна "Е" у верхню порожнину сервомотора. Поршень 31 під дією перепаду тисків масла зміщується вниз і , відкриваючи регулювальні клапани паророзподілу, збільшує витрати пари на турбіну. Кільцева проточка "М" на штоку сервомотора також зміщається вниз і збільшує пло щу зливу масла в клиноподібній щілині "К" , при цьому тиск масла в проточній лінії III відновлюється і відсічний золотник 4 займе середнє положення, на чому процес регулювання закінчується. При миттєвому скиданні електричного навантаження розбаланс між енергією, що виробляє генератор, і кількістю подаваного в турбіну пару досягає значення, при якому різко збільшується частота обертання ротора турбіни. У цьому випадку вступає в роботу пневмогідравлічний акумулятор. Різке збільшення частоти обертання ротора призводить до значного зсуву золотника 4 униз. При цьому витрата масла в порожнину під поршень 31 значно збільшується, що приводить до зниження тиску масла, яке надходить від регулятора масла "після себе". Тиск газу над мембраною пневмогідравлічного акумулятора залишається постійним, і він видавлює масло в порожнину під поршень 31 сервомотора. Тиск масла практично не знижується, перепад тисків на поршень 31 стає максимальним і він рухається на закриття регулювальних клапанів з максимальною швидкістю, переборюючи можливе збільшення тертя у важелях системи паророзподілу. Після повного закриття регулювальних клапанів надходження масла в порожнину сервомотора припиняється, тиск масла відновлюється, порожнина над мембраною знову заповнюється маслом і пневмогідравлічний акумулятор повертається у початкову позицію. Припинення надходження пару в турбіну приводить до зниження частоти обертання ротора. При деякім значенні зниження частоти обертання, обумовленої положенням механізму керування 28, регулятор швидкості почне відкривати регулюючі клапани відповідно вищеописаному алгоритму при зниженні частоти обертання ротора. Пневмогідравлічний акумулятор при цьому процесі в роботі не бере участь.