Блок-схема

Датчиком-измерителем давления пара является многовинтовая манометрическая трубка.. Вследствие разности активной площади, поданная под давлением среда обеспечивает результирующую силу, направленную во внешнюю сторону и вызывает изгибающее воздействие. Трубка из мягких сплавов (бронза, медь) будет образовывать ЧЭ. Манометр изготовлен из берилевой бронзы и образует датчик.

Перемещение штока вверх, управляющего заслонками сопел вызовет отсоединение сопла от заслонки левой пары. Произойдет сброс выходного давления через внутренний канал, через верхний клапан в атмосферу. Сброс будет продолжаться до тех пор, пока не уравняется давление на сильфоны. При снижении выходного давления происходит обратное движение левого сопла к заслонке. В конце переходного процесса верхняя пара сопла-заслнки прикроется и восстановится балланс между входным импульсным давлением ( Р_и ) и выходным давлением усилителя расхода. В конце переходного процесса импульсное давление равно давлению управляющего воздуха.

Работа позиционера: при понижении давления управляющего воздуха на входе в позиционер, ЧЭ (жесткий центр с мембраной) перемещается вниз, при этом через шток управляющего элемента усилие сравнивается с усилием пружины и, в силу пропорциональных свойств пружины, перемещение мембраны и штока будет пропорционально изменению давления управляющего воздуха в силу пропорциональных свойств измерителя.

Клапан подвода воздуха от станции подготовки воздуха (4 бар)

При движении штока вниз нагнетательное сопло нижней камеры управляющего элемента будет открываться в силу поворота лепестка-заслонки штоком. Точкой вращения будет сопло. В нижнюю камеру будет поступать Р_ПИТ. Одновременно левое атмосферное сопло будет прикрыто действием пружины на заслонку. Между штоком и изогнутой частью пластинки образуется зазор ε. В нижней камере давление увеличивается. В верхней камере левая пара сопло-заслонка, связанная с атмосферой будет открываться под действием поворота заслонки, которая определяется движением штока вниз. В то же время правая пара сопло-заслонка будет закрыта пружиной и образуется зазор между кривой частью заслонки и штоком. Уменьшается давление входного сигнала, при этом жесткий центр сильфона сместится вверх, второе сопло отходит от заслонки и происходит сброс в атмосферу.

Позиционер = ЧЭ с пружиной + Жесткий шток + 4 клапана ЧЭ + порщень сервомотора.

Одна пара клапанов связана с питанием, другая – с атмосферой.

ЖОС 2. Особенность действия: охватывает усилитель и первое звено каскада. На уменьшение (увеличение) давления управляющего воздуха ЖОС реагирует перемещением заслонки УЭ первого каскада, двигая заслонку в обратном направлении в сторону прикрытия, предотвращая понижение Ри до нужного уровня.

Настроечные органы.

1. Оперативные:

   • давление пара задается с помощью винта, присоединенному к рычагу;

   • коэффициент усиления регулятора – винт ЖОС 2;

   • коэффициент усиления позиционера настраивается неоперативным органом путем смещения кулака.

Остальные – неоперативные – юстировка. Параллельное смещение характеристики позиционера – гайка на штоке.

Порядок работы регулятора

1. Исходное состояние – движения нет. Все детали регулятора – в покое. Все српла-заслонки позиционера, как управляющего элемента находятся в прикрытом состоянии. Усилитель расхода имеет два сопла-заслонки, расхода воздуха – нет (сопла-заслонки – в закрытом состоянии). Регулятор включен на автоматический режим. УЭ первого каскада прикрыта (с-з) таким образом, что имеется минимальный зазор на паре «дроссель-дроссель типа С-З», так что уровень выходного сигнала P_имп пропорционален P_пара в котле. P_пара – постоянно.

2. Работа регулятора.

Увеличение давления пара в котле – скачкообразное. Трубка Бурдона разворачивает свой свободный конец на величину, пропорциональную, при этом рычаг GC переместится в сторону на величину изменения давления пара в котле. При этом предполагаем, что средняя точка H соединена с точкой D. Это вызовет смещение крестообразного рычага против часовой стрелки, что увеличит зазор в паре «С-З» на величину, пропорциональную изменению давления пара в котле. Давление P_имп воздуха упадет на величину, пропорциональную изменению зазора. Тем самым усилитель расхода среагирует на это изменение понижая давление воздуха на выходе в соответствии со входом. Работа усилителя расхода: входное давление воздуха снижает усилие на сильфон (внешний) №1, что приводит к перемещению его вверх под действием более высокого давления с выхода усилителя на донышко внутреннего сильфона. На поршне сервомотора образуется перепад давлений, который приводит в действие силу, двигающуюю поршень вверх и поршень сервомотора (астатический интегральный) начнет двигаться вверх, причем со скоростью, пропорциональной перепаду давлений.

Движение штока вверх вызывает закрытие заслонок, которые уменьшают приток газов, одновременно с этим открывается отверстие, пропускающее газы в обход утиль котла. В то же время перемещение штока вверх вызывает срабатывание ЖОС 1 путем перемещения (параллельного смещения) петлеобразной планки, жестко закрепленной к штоку СМ. ЖОС является измерителем позиционера. При движении штока вверх палец качающегося рычага разворачивает рычаг по часовой стрелке, при этом через кулак вызывая движение штока УЭ в обратном направлении. В результате, происходит прикрытие нагнетательной пары сопло-заслонка и открытие левой верхней, связывающей камеру с атмосферой. В результате, чего постепенно уменьшается перепад давлений на поршне СМ до полного уравнивания. В результате, поршень останавливается. Вышепривиденный рисунок иллюстрирует характер движения поршня в переходном процессе

На рисунке обозначено:

• Δm - перемещение поршня СМ;

• ΔP_П – начальное скачкообразное изменение давления пара;

• К – коэффициент усиления регулятора;

• Δm ~ 1;

Схема 3. Автоматическая система регулирования давления пара утилизационного котла теплохода «Новгород».

1. мембрана измерителя

2. подпружиненная заслонка

3. сопло

4. ИМ

5. сопло

6. подпружиненная заслонка

7. рычаг

8. планка с косым пазом

9. профильный кулак

10. резьбовой шток

11. опора

12. пружина ЖОС

13. управляющий блок позиционера

14. сопло

15. подпружиненная заслонка

16. гайка настройки длины штока

17. подпружиненная заслонка

18. сопло

19. кран

20. сильфон

21. сильфон усилителя мощности Ри

22. сильфон ЖОС

23. профильный кулак

24. винт настройки

25. настроечный рычаг ЖОС

26. винт смещения призмы «32»

27. спиральная трубчатая пружина ЧЭ

28. винт настройки давления пара

29. гайка настройки давления пара

30. угловой крестообразный рычаг

31. настроечный рычаг ЖОС

32. призма

33. сопло

34. заслонка

35. пружина с малой жесткостью

36. дроссель

37. фильтр

38. сопло

39. двойная заслонка (РО усилителя)

40. сопло

41. стабилизатор давления воздуха

Схема 4. Автоматическая система регулирования давления пара утилизационного котла теплохода «Инженер Мачульский»

1. маховик задания

2. задатчик

3. кран-переключатель «ручное»-«автомат»

4. сильфон ИОС

5. дроссельный клапан

6. сильфон ГОС

7. рычаг ГОС

8. диск настройки действия ГОС

9. сопло

10. заслонка

11. винт настройки нейтрального положения рычага 12

12. реверсивный рычаг

13. угловой рычаг установки нуля

14. винт регулирования пропорциональности показаний стрелки 17

15. спиральная трубка Бурдона

16. маховик настройки на заданное давление

17. стрелка указателя давления

18. стрелка уставки задания

19. жесткий центр мембранного блока

20. пружина усилителя мощности

21. дроссель

22. винт ручного управления исполнительным механизмом

23. исполнительный механизм одностороннего действия

24. клапан сброса пара в конденсатор

25. рычажно-кулачная система ЖОС

26. гайка (параллельное смещение статической хар-ки)

27. рычаг

28. пружина ЖОС

29. жесткий центр мембранного измерителя давления позиционера

30. пружина

31. золотник

32. жесткий центр

33. дроссель (изменение наклона статической хар-ки)

DEF- дифференциальный рычаг

(9+21) – делитель давления

Лекция

24 апреля 2002 г.

§ Средства автоматизации и особенности турбозубчатого агрегата как объекта регулирования

Импелер – устройство, которое, в зависимости от частоты вращения, создает давление масла, которое через золотники усилителя обеспечивает управление маневровым клапаном.

Средства автоматизации осуществляют функции:

1. Ручное и дистанционное управление режимом

2. Поддержание частоты вращения (ВРЧВ)

3. Защита ПТУ по различным параметрам:

   • от превышения частоты вращения на 3 – 5 %;

   • защита от износа;

   • защита по давлению, температуре масла;

   • сдвигу ротора турбины;

   • падению вакуума в конденсаторе и др.

4. Контроль параметров

Особенности управления и регулирования турбины по частоте вращения

Способы:

1. Количественный

Этот способ связан с открытием группы сопел подвода пара к лопаточному аппарату ротора турбины. Это – экономичный способ, т.к. потеря давления пара между соплом и сопловым аппаратом).

2. Качественный

Способ управления дросселированием пара в маневровом клапане.

Отрицательная сторона способа: не экономичен.

Положительная: возможность получения любых оборотов двигателя.

Оба способа применяются на турбогенераторах судов с дизельной судовой установкой (вместе 1+2). Из-за конструктивной сложности маневрового клапана происходит одновременное открытие сопел и дросселирование.

Регулирование турбины

М_В = f (n_T, c )

• с – перемещение корпуса судна за 1 оборот винта ( с = Varia, т.к. зависит от ряда параметров: поступь, плотность воды, обрастание корпуса и др.)

ОАВ – линия ограничительной характеристики ВРЧВ;

MN – характеристика ВРЧВ;

Пружина ВРЧВ – коническая, с помощью чего достигается линейная зависимость между изменением регулируемого параметра и изменением положения маневрового клапана.

Схема регулирования ПТУ

ГК – главный котел

• ГСК – главный стопорный клапан;

• БЗК – быстрозапорный клапан для автоматической остановки подачи пара при остановке турбины;

• Р_П – давление пара на выходе из котла;

• ПП – пароперегреватель;

• ГМК – главный маневровый клапан;

• ГСК- главные сопловые клапана;

• V1, V2, V3 – объемные емкости для управления турбинными ступенями;

• СТСД – стопорный клапан перед турбиной среднего давления (ТСД);

I – емкости объемов пара (V1 – емкость между ГМК и турбиной; V2 – определяют инерции при переходе пара из ТВД в ТСД; V4 – объем ПП2, повышающего КПД установки, в целом.)

II – механическая емкость – определяется как момент инерции вращающихся частей.

V1

1) - описывает влияние объемов.

• G₁ – удельный расход пара на подводе из котла к емкости V1, [кг/с]

• Р₁ – давление пара перед ТВД, является регулирующим параметром для следующего звена.

• V₁ – см. выше

• ρ – плотность пара

• G₂ – удельный расход пара на выходе из V1

2) G₂ = f (P₁; m)

G₁ = f (P₁)

• m – положение главного маневрового клапана

- политропический закон течения пара через емкость;

Раскладывается в ряд Тейлора, вводятся относительные переменные.

Переменная по пару:

Затем вводится относительное изменение маневрового клапана: М = Δm₁ / m_н

Потом берутся производные от G по P₁ и n, получаются безразмерные величины путем деления на Gном и выходит каноническое уравнение:

- уравнение разгона емкости

• где T_V1 – время разгона емкости;

• К₁ – коэффициент усиления данной емкости энергии

Вывод: любая емкость в системе ПТУ будет обладать самовыравниванием и обладает инерцией (1 – 3 сек).

Механические емкости энергии.

- - суммарный момент вращающихся частей;

• М_ТВ – момент турбины высокого давления;

• М_ТСН – момент ТСД и ТНД;

Уравнение баланса используется для получения уравнения динамики:

М_тв(G;W) G₁=f(p₁)

М_ТСН(G;W) G₂=f(P₂)

М_ТЗХ(G₃;W) G₃=f(P₃)

М_В(W;c)

В конечном виде:

Это – уравнение динамики турбоагрегата как механической емкости, которая учитывает какие параметры влияют на n.

- - давление пара на ТЗХ в относительном виде;

- - относительная поступь винта;

• К₁, К₃, - угловые коэффициенты;

• _- давление в безразмерном виде перед ТСД и ТНД;

• - давление в безразмерном виде перед ТВД;

Объект обладает саморегулированием.

При малых емкостях:

§

Лекция

25 апреля 2002 г.

Система автоматизации ПТУ типа «София»

Литература: Онасенко §46, стр.167

Содержит: систему, которая предотвращает запуск с включенным валоповоротным устройством (датчик через блок защиты и через золотник воздействует на БЗК).

Движение роторов турбин контролируется датчиками через блок управления и двухпозиционный золотник на ВРЧВ.

Система работает на разных давлениях масла (разное давление достигается за счет разного расположения цистерн масла (первая 1,1 атм; вторая 4 атм; третья 10 атм). Имеется сливная цистерна. Используется веретенное масло (гидравлика), которое не изменяет вязкости

Регулятор частоты вращения

Действует как однорежимный регулятор. Имеет датчик (термопара) для поддержания постоянной частоты вращения, который преобразует тепловой сигнал в электрический ток. Датчик (ЧЭ) – импелер – преобразует полученный сигнал давления. Импелер-насос: у него расход масла пропорционален частоте вращения, имеются 2 фильтра щелевого типа для сглаживания колебаний давления масла.

Второй сигнал идет на защиту от предельной частоты вращения.

Золотник преобразует механическое перемещение в давление масла, пропорционально частоте вращения. Импульс масла (выходной сигнал золотника) подается на блок ( [ЭС] (пружина ) + [УЕ](золотник)). Движением золотника создается давление масла, которое подается на поршневой СМ, нагруженный пружиной (исполнительная часть). В равновесном положении в блоке (ЭС+УЕ) наблюдается равновесие между пружиной и золотником. Этот блок – позиционер, он пропорционален за счет обратной связи. А если без обратной связи, то позиционер – астатический (непропорциональный). Обратная связь – отрицательная, рычажного действия, оказывает на золотник восстанавливающее воздействие. Поршень СМ связан со штоком БЗК. В системе два измерителя частоты вращения: один – на турбине, другой около БЗК.

Схема 5. Система управления, регулирования и защиты ГТЗА т/х «София»

Защита

Сигнал от импульсного импелера поступает на левый золотник блока защиты и от него на ускорительный золотник позиционера (справа от БЗК). При давлении Р_упр, золотник вместе с пружиной закрывает слив масла из подпоршневой полости поршневого СМ.

Блок защиты RD 76 Sulzer

Pв – давление охлаждающей воды

Др – дроссель

«София». Блок защиты.

Первый золотник контролирует Р_масла питания, Р_масла от цистерны, третий сигнал – от отключения валоповоротного устройства. Третий золотник – ручное воздействие на БЗК. Двухпозиционный золотник астатический – получает сигнал от первых трех золотников (сверху или снизу). Если сверху, то масло с ускорительного золотника (справа от БЗК) сбрасывается на слив. При сигнале (давлении) снизу – наоборот. Назначение каналов – соответствующее управляющее воздействие.

Датчики

1. Датчик 1

Контролирует осевое смещение турбины, организует сигнал на стрелку шкалы и управляющий сигнал (давление масла на выходе), который подается на блок защиты (на второй золотник). Третий сигнал вырабатывается с помощью потенциометра и подается в систему централизованного электрического контроля параметров.

Датчик улавливает зазор между ротором и соплом, создается давление золотником и возникает перемещение СМ.

Датчик установлен под угло в 15 градусов – для улучшения механического воздействия. Выходной сигнал идет на второй золотник блока защиты, затем на двухпозиционный золотник, потом на ускорительный золотник. Тем самым срабатывает защита по осевому зазору.

2. Датчик 2 – датчик вакуума конденсатора.

При падении вакуума растет давление на мембрану, шток перемещается вниз, создается давление золотником через блок защиты на ускорительный золотник.

3. Датчики, управляющие клапанами отбора пара через СМ-ры, при остановке турбины.

Лекция

8 мая

2002 г.