1. Общие положения и цель расчета

Мембранно-ленточные регуляторы являются одним из наиболее распространенных видов регуляторов, применяемых в системах регулирования газотурбинных установок и паровых турбин. Такие регуляторы обладают высокими эксплуатационными качествами, так как они не требуют переналадки и подстройки при работе, имеют высокую стабильность характеристик и надежны в эксплуатации. Трущиеся элементы в этих регуляторах отсутствуют, а следовательно, отсутствует износ и возникновение нечувствительности при длительной работе.

Расчет по данной методике основывается на формулах, предложенных профессором А.В. Щегляевым для таких регуляторов.

Настоящая методика близка к методике, используемой в промышленности, в частности на Уральском турбинном заводе, которая также базируется на этих принципах расчета. Результаты расчетов достаточно хорошо совпадают с результатами экспериментальных исследований регуляторов.

Целью расчета мембранно-ленточной системы по данной методике является определение рабочего хода регулятора при заданном начальном прогибе ленты, а также определение при этих условиях механических напряжений в мембране и ленте.

По результатам расчета определяются зависимости прогиба ленты от давления на мембрану и удельная неравномерность регулятора при постоянном давлении масла в сопле. Вид зависимостей показан в приложении на рис. П.1 и рис. П.2.

Основная расчетная формула, используемая в данной методике, решена относительно давления на мембрану, а не относительно прогиба ленты, т.е. прогиб в формуле фигурирует в качестве независимой величины – аргумента. Поэтому в практических расчетах обычно используют метод подбора, когда для известного давления подбирают прогиб. Однако можно использовать методы итерации (например, метод половинного деления), тогда определение номинального прогиба можно производить непосредственно.

2. Описание конструкции мембранно-ленточного регулятора и принципа его работы

Принципиальное устройство мембранно-ленточного регулятора скорости показано на рисунке. Он состоит из упругих металлических мембраны и ленты.

Мембрана представляет собой цельноточеный диск диаметром 180  220 мм и толщиной 2,0  2,5 мм. В центральной ступице этого диска жестко закреплена лента. На второй конец ленты навинчен специальный ввертыш с резьбой по наружной и внутренней поверхностям, который служит для изменения натяжения ленты. Лента  это цельнометаллическая, фрезерованная пластина длиной 280  320 мм, шириной 40 мм и толщиной 2,5 мм. Концы ленты специально обработаны с тем, чтобы их можно было закрепить в мембране и в специальном ввертыше. Мембрана закрыта крышкой, так что образуется замкнутая камера (А), в которую подается давление масла от центробежного насоса импеллера. Давление в нагнетании импеллера имеет квадратичную взаимосвязь с частотой вращения вала турбины, так как рабочее колесо насоса приводится во вращение от этого вала.

Схема мембранно-ленточной системы:

1  Мембрана; 2  сопло; 3  натяжной ввертыш

В средней части под лентой с зазором установлено сопло, которое обеспечивает подвод масла из проточной линии системы регулирования турбины. Из внутренней полости (B) сопла через зазор масло сливается в корпус регулятора и из него в маслобак турбоустановки.

В регуляторе предусмотрено специальные устройство  задатчик частоты вращения, с помощью которого можно перемещать сопло относительно ленты с целью управления турбиной. Это устройство представляет собой червячный редуктор, который с одной стороны связан через винтовую передачу с соплом, а с другой  с приводным валиком. Валик приводится во вращение от ручного маховичка или электродвигателя, подключенного к системе автоматического управления турбоустановкой. Все детали регулятора установлены в стальном литом корпусе.

Работа регулятора для подержания заданного режима работы турбины происходит следующим образом. При изменении напора от насоса импеллера в камере (А) мембраны изменяется давление, что приводит к изменению прогиба мембраны и продольного усилия, действующего на ленту. Лента, находящаяся за порогом продольной устойчивости, изменяет величину своего прогиба f относительно сопла. Изменяется зазор между соплом и лентой, что приводит к изменению расхода масла на слив из камеры (B) сопла. Изменение расхода на слив приводит к изменению давления в проточной линии и воспринимается следующим по цепочке звеном системы регулирования. Таким образом, регулирующий импульс передается через регулятор к исполнительному органу.

Для изменения режима работы турбоустановки необходимо с помощью механизма задатчика перемещать сопло вверх или вниз относительно ленты, тем самым меняя зазор между ними и соответственно слив масла из проточной линии системы регулирования.

Качественная работа регулятора предполагает, что изменение прогиба ленты при определенном изменении давления на мембрану значительно и приводит к необходимому перемещению регулирующего органа. Для того чтобы обеспечить нужное соотношение между изменением давления в камере (А) и изменением зазора между соплом и лентой, используют специальный ввертыш, с помощью которого изменяют продольное усилие в ленте, а следовательно, меняется величина рабочего хода ленты при определенном изменении давления на мембрану.

При определенных соотношениях размеров мембраны и ленты необходимо учитывать влияние температуры масла на величину прогиба ленты, которое отрицательно сказывается на работе регулятора, так как приводит к самопроизвольному изменению положения регулирующих клапанов и нагрузки турбины. Но при необходимости влияние температуры может быть учтено при расчете регулятора.