Хмельницька система автоматичного регулювання кутової швидкості теплової турбіни

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а более конкретно - к системам автоматического регулирования угловой скорости тепловых турбин. В настоящее время появляется все больше потребителей механической энергии тепловых турбин, которые для полного использования своих потенциальных возможностей требуют дальнейшего повышения точности автоматического регулирования их угловой скорости - уменьшения ее колебательности и убыстрения затухания переходных процессов. Известно, что одним из эффективных средств, обеспечивающих повышение точности регуливания, является введение при помощи специального датчика производной от отклонения регулируемой величины в закон регулирования. Несмотря на большие потенциальные возможности данной коррекции, при ее использовании существенно усложняется конструкция автоматического регулятора, что является весьма нежелательным [1]. Из известных простых по конструкции систем автоматического регулирования угловой скорости тепловых турбин наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является сервомоторная система автоматического регулирования снабженная обыкновенным изодромным регулятором [2]. Система автоматического регулирования содержит выполненный в виде подпружиненного центробежного механизма с грузами и соосной пружине муфтой датчик угловой скорости тепловой турбины, гидравлический цилиндрический поршневой серводвигатель с управляющим золотником и силовым штоком, гидравлическое цилиндрически-поршневое изодромное устройство, заполненный рабочей жидкостью корпус-цилиндр которого жестко связан с силовым штоком гидравлического цилиндрически-поршневого серводвигателя, а соединенные между собой поршень со штоком через механическую пружину упруго связаны с неподвижной опорой. При этом муфта центробежного механизма посредством рычага Обратной связи кинематически связана как с управляющим золотником гидравлического цилиндрически-поршневого серводвигателя, так и со штоком изодромного устройства. Важнейшей особенностью рассматриваемой системы является, то что в последней суммарное значение массы поршня и штока изодромного устройства настолько незначительно, что ее инерционностью пренебрегают. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать систему автоматического регулирования угловой скорости теплой турбины, так, чтобы целенаправленным повышением инерционности гидравлического цилиндрически-поршневого изодромного устройства обеспечить повышение точности автоматического регулирования. Поставленная задача решается тем, что в системе автоматического регулирования угловой скорости тепловой турбины, содержащей датчик угловой скорости, выполненный в виде подпружиненного центробежного механизма с грузами и соосной пружине муфтой, гидравлический цилиндрический поршневой серводвигатель с управляющим золотником и силовым штоком, гидравлическое цилиндрически-поршневое изодромное устройство, корпус-цилиндр которого, заполненный рабочей жидкостью, жестко связан с силовым штоком гидравлического цилиндрически-поршневого серводвигателя, а соединенные между собой поршень со штоком через механическую пружину упруго связаны с неподвижной опорой, при этом муфта центробежного механизма посредством рычага обратной связи кинематически связана с управляющим золотником гидравлического цилиндрически-поршневого серводвигателя и штоком изодромного устройства, согласно изобретению, поршень изодромного устройства выполнен с заполненной корректирующей инерционной массой герметичной полостью такого объема, при котором вес поршня со связанным штоком равен весу вытесняемой, находящейся в корпусецилиндре, рабочей жидкости. Согласно изложенному и положениям теоретической механики, динамика такой системы описывается дифференциальным уравнением: где m - относительное входное перемещение штока поршня серводвигателя; j - относительное выходное перемещение штока поршня изодромного устройства; k, m, n и с - соответственно коэффициент усиления, суммарное значение массы поршня и штока, коэффициент демпфирования и коэффициент упругости пружины изодромного устройства. При частоте, на которой происходит автоматическое регулирование угловой скорости тепловой турбины, гидравлический цилиндрический поршневой серводвигатель имеет достаточно большой коэффициент усиления. Поэтому передаточная функция регулятора равна обратной передаточной функции обратной связи. Следовательно, согласно выражению (1), в предлагаемой системе автоматического регулирования угловой скорости тепловой турбины динамика автоматического регулятора (а точнее его усилительно-исполнительной части) и в идеальном случае описывается уравнением: где j - относительное входное воздействие на регулятор; m - относительное выходное воздействие регулирующего органа; m dj - регулир ующий импульс по производной от отклонения угловой скорости тепловой турбины; k n dt j c и ò j d t - регулирующие импульсы соответственно по отклонению угловой скорости тепловой турбины k kn и по интегралу от него. Согласно уравнению (2), при рассмотренном использовании корректирующей инерционной массы в предлагаемой системе автоматического регулирования имеется благоприятное введение в закон регулирования дополнительного регулирующего импульса по производной от отклонения угловой скорости тепловой турбины. При этом, чем большим будет значение такой корректирующей инерционной массы, тем большим будет корректирующее воздействие. На чертеже изображена конструктивная схема предлагаемой системы. Система автоматического регулирования угловой скорости тепловой турбины 1 через коническую зубчатую передачу 2 связана со снабженным корпусом-стойкой 3 автоматическим регулятором. Содержащий вал 4 датчик угловой скорости выполнен в виде подпружиненного центробежного механизма с грузами и соосной пружине муфтой 5, а находящийся под управлением отсечного золотника 6 серводвигатель снабжен силовым штоком 7, нижний конец которого связан с регулирующим органом 8. Гидравлическое цилиндрически-поршневое изодромное устройство содержит жестко связанный с верхним концом силового штока снабженный передаточной трубкой с дросселирующим вентилем заполненный рабочей жидкостью корпус-цилиндр 9, снабженный корректирующей инерционной массой и герметичной полостью поршень 10 и соединенный с ним шток 11, механическую пружину 12, упруго связывающую шток изодромного устройства с неподвижной опорой 13. Объем герметичной полости выбран таким, при котором вес поршня со связанным штоком равен весу вытесняемой/находящейся в корпусе-цилиндре, рабочей жидкости. Муфта 5 датчика угловой скорости, управляющий золотник 6 и шток 11 кинематически связаны между собой рычагом обратной связи 14 соответственно в точках А, В и С. Настройка скоростного режима тепловой турбины осуществляется воздействием винта 15 на пружину 16. Особенность работы предлагаемой системы автоматического регулирования заключается в следующем. При установившейся угловой скорости тепловой турбины 1 на заданном винтом 15 скоростном режиме муфта 5 датчика угловой скорости и шток 11 находятся в определенных для данного режима положениях, соответственно, А и С. Положение же В отсечного золотника 6 является постоянным. В случае повышения угловой скорости тепловой турбины (например, при понижении ее внешней нагрузки) совершаются перемещения муфты 5 и отсечного золотника б вверх, а силового Штока 7 с корпусом-цилиндром 9 - вниз. Так как поршень 10 снабжен корректирующей инерционной массой, то его (и подпружиненного штока 11с точкой С) самовыключающее перемещение вниз совершается с увеличенным отставанием. В связи с отмеченной особенностью, наличие в поршне 10 корректирующей инерционной массы форсирует действие автоматического регулятора на участке возрастания отклонения угловой скорости тепловой турбины и тормозит действие автоматического регулятора на участке уменьшения отклонения рассматриваемой угловой скорости. При этом автоматический регулятор работает как бы с опережением, повышая точность регулирования за счет учета тенденции последующего развития переходного процесса.