книги из ГПНТБ / Пивоваров В.А. Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин

переводе гидроагрегата из режима работы под нагрузкой в режим холостого хода и обратно.

Для обеспечения достаточно высокого статического коэффи­ циента усиления выявительной части каскад 4 магнитного усили­ теля охвачен гибкой обратной связью 5 с регулируемыми пара­ метрами, а каскад 7 — жесткой обратной связью 8. Регулировка коэффициента усиления осуществляется с помощью резистора 6. Выходной ток магнитного усилителя управляет катушкой 9 магнитоэлектрического преобразователя, который расположен в гидромеханической колонке. Цепи настройки постоянной нерав­ номерности 13 и изодромной обратной связи 10 питаются от сель­ сина СсЗ, работающего в трансформаторном режиме. В цепь изо­ дрома сигнал поступает через фазочувствительный выпрямитель 12. Угол поворота ротора этого сельсина (максимальный угол пово­ рота равен 60°) пропорционален величине перемещения поршня исполнительного сервомотора. Для изменения мощности агрегата при его работе на энергосистему служит механизм изменения мощности (МИМ), состоящий из электродвигателя М2 и сельсина Сс2. Конструктивно МИЧ, МИМ и сельсин обратной связи СсЗ расположены в гидромеханической колонке регулятора.

Из рис. 71 видна основная особенность рассматриваемой схемы. Здесь для увеличения быстродействия системы регулирования при работе гидроагрегата на мощную энергосистему впервые при­ менена схема подачи управляющих сигналов, предложенная Н. П. Полушкиным [26]. Суть этой схемы заключается в том, что сигнал от механизма изменения мощности (от сельсина Сс2) подается на вход усилителя 4 через электрическую цепь изо­ дрома 10 и статизма 13, а выключение осуществляется от сель­ сина СсЗ, т. е. по каналу управляющих воздействий регулятор работает как следящая система по положению исполнительного сервомотора. Такая схема в значительной степени уменьшает замедляющее действие изодромной обратной связи при реализа­ ции управляющих воздействий, особенно при больших значениях параметров настройки изодрома. Однако указанная схема обла­ дает- и недостатком, состоящим в том, что время отработки сигнала находится в прямой зависимости от.величины установленного ста­ тизма Ьр регулятора, причем, чем меньше Ьр, тем больше время отработки.

26. Схема гидромеханической колонки управления типа ЭГРК-250-3 электрогидравлического регулятора скорости

Эта колонка предназначена для управления регулирующими органами поворотнолопастной гидротурбины (буква К означает комплексный, цифра 250 — диаметр главных золотников, цифра 3— номер модификации колонки). Колонка управления вместе с элек­ трической частью (рис. 71) образуют электрогидравлический регу­ лятор скорости типа ЭГРК-2М-250-3.

165

Схема гидромеханической колонки ЭГРК-250-3 показана на рис. 72. Отметим, что принципиальная схема и конструкция от­ дельных узлов этой колонки не зависят от размера диаметра глав­ ных золотников, поэтому вместо цифры 250 могут быть и другие, например 60, 100, 150, 250, входящие в нормальный ряд диа­ метров золотников, изготавливаемых заводом.

Электрический сигнал постоянного тока с выхода магнитного усилителя поступает в катушку управления 3, которая находится в поле постоянного магнита 2 и подвешена на двух плоских пру­ жинах 4. Для рассматриваемой схемы коэффициент передачи цепи частота — катушка управления составляет 1,5 мм/%. С катуш­ кой 3 жестко связана заслонка 1, расположенная между двумя соплами 5 гидроусилителя 9 типа «сопло—заслонка». Последний состоит из поршня 6, выполненного вместе с иглой, на котором закреплены два сопла. Игла управляет поршнем 8. Таким образом, гидроусилитель содержит две следящие системы с единичными

Поршень 8 гидроусилителя имеет три полости. Средняя по­ лость через фильтр 56 постоянно соединяется с полостью, где масло находится под давлением; верхняя полость в зависимости от положения крана 7 соединена либо с полостью давления, либо со сливом, а нижняя управляется иглой 6.

Поршень 8 выполнен дифференциальным: сумма рабочих пло­ щадей нижней и средней полостей больше, чем рабочая площадь над поршнем. Нижняя полость является управляющей. Когда ручка крана 7 находится в положении «автомат», то верхняя полость соединена с давлением масла, в этом случае положение поршня 8 будет точно соответствовать положению поршня. 6, управляемого заслонкой I.

Любое перемещение поршня 8 через рычаг 19 и распор 21 пере­ дается на побудительный золотник 28, который управляет вспо­ могательным (промежуточным) сервомотором 27. Диаметр верх­ ней тарелки этого золотника больше, чем нижний, поэтому в ре­ зультате давления масла, подаваемого в полость между тарелками, создается сила, направленная вверх, которая замыкает рычажные передачи и распор 21.

Конструктивно побудительный золотник выполнен таким об­ разом, что за счет поворота его иглы осуществляется изменение рабочей ширины окон. Этим достигается плавная регулировка коэффициента усиления вспомогательного сервомотора в пределах kc = 8 ч-45%/(с-мм).

Шток вспомогательного сервомотора через рычаги 24, 25 поворачивает промежуточный вал 22, с которым через рычаг 20 связаны сельсины Ссі и Сс2. Электрический сигнал, вырабаты­ ваемый сельсином Ссі, используется для создания изодромной и жесткой (статизма) обратных связей регулятора, а сигнал от Сс2 — для создания жесткой обратной связи системы группового регу-

І66

лирования. Промежуточный вал через рычажные передачи 29 связан с побудительным золотником 31 дифференциального типа, который управляет главным золотником 33 сервомотора направ­ ляющего аппарата. Подвижная букса 30 побудительного золот­ ника 31 образует жесткую обратную связь с рычагом 32.

Перемещение штока сервомотора направляющего аппарата с помощью тросовой обратной связи 50 и груза 51 передается на вал выключателя 52, который поворачивается и через рычаг 29 возвращает иглу побудительного золотника 31 в исходное среднее положение. Таким образом, побудительный 31 и главный 33 золотники вместе с сервомотором направляющего аппарата обра­ зуют силовую следящую систему, и ее положение в точности соот­ ветствует положению поршня вспомогательного сервомотора.

Когда ручка переключения крана 7 находится в положении «ручное», полости над и под поршнем 8 соединяются со сливом, и этот поршень под действием давления масла, подаваемого в сред­ нюю полость, смещается вверх, отрывая распор 21 от опоры. В этом случае управление побудительным золотником 28 осуще­ ствляется с помощью механизма ограничения открытия 41.

Из рис. 72 видна основная особенность рассматриваемой схемы. Здесь сигналы изодромной обратной связи и постоянной неравно­ мерности создаются за счет смещения поршня вспомогательного сервомотора, а не главного, как у регуляторов на рис. 69 и 70. Такая схема обеспечивает более высокую чувствительность регу­ лятора и дает некоторые удобства при компоновке регуляторного оборудования. В частности, главные золотники могут быть выне­ сены за пределы гидромеханической колонки и установлены по­ близости от исполнительных сервомоторов, как это делают, на­ пример, шведские фирмы KMW и NOHAB.

Принципиальная схема автоматического управления лопа­ стями рабочего колеса регулятора ЭГРК-2М-250-3 примерно такая же, как и регулятора РКМ. Отличие состоит в том, что в данном случае управление кулачком 48 комбинатора и золотниками 54, 55 осуществляется от поршня вспомогательного сервомотора, кото­ рый связан с кулачком 48 посредством рамы 53. Механизмы огра­ ничения открытия 41, настройки по напору 49, ограничения по напору 46, а также противоразгонной защиты 23 в этой схеме такие же, как и в регуляторе РКМ. Электрические механизмы

изменения частоты 57 и мощности 58 расположены в гидромеха­ нической колонке.

В рассматриваемом регуляторе впервые применены некоторые дополнительные узлы, относящиеся к элементам автоматики и пред­

рата после сброса нагрузки. Оно служит для предохранения от подъема ротора гидроагрегата при переходе турбины в насосный режим работы в процессе сброса нагрузки. Это устройство состоит

168

из поршня И с золотником 12, управляемым через рычажную передачу 13 электромагнитом 14. Последний срабатывает от кон­ тактов генераторного выключателя и смещает вниз золотник 12. В результате поршень 11 смещается вниз и через рычаги 16, 26 перемещает в сторону закрытия побудительный золотник 28. Одновременно поршень 11 с помощью рычагов 17, 19 и винта 18 поднимает вверх распор 21, тем самым исключая из работы гидро­ усилитель 9 с электрической частью регулятора. Величина хода поршня вспомогательного сервомотора в сторону закрытия будет определяться только положением регулировочного винта 15. Когда скорость вращения гидроагрегата достигает номинального значения, электромагнит 14 возвращается в исходное положение, поршень И поднимается вверх и автоматическая часть регулятора восстанавливается.

2) Устройство ограничения открытия в зависимости от дей­ ствующего напора и высоты отсасывания, состоящее из редук­ тора 39, электродвигателя 37, сельсина 40, кулачка 38, регулиро­ вочного винта 36 и рычага 35. Согласно эксплуатационной харак­ теристике, мощность турбины при данном напоре должна быть ограничена высотой отсасывания Hs. Это связано с тем, что с умень­ шением Hs увеличиваются кавитационные разрушения рабочего колеса и проточного тракта турбины. Данное устройство пред­ назначено для автоматического исключения работы турбины в ре­ жимах, сопровождающихся повышенной кавитацией. Это устрой­ ство работает следующим образом. От общестанциониых устройств электрический сигнал, пропорциональный действующему напору и величине Hs, подается на электродвигатель 37, который через редуктор 39, кулачок 38 и рычаг 35 поворачивает вал ограничи­ телей 34 и воздействует на побудительный золотник 28. Жесткая обратная связь по положению кулачка 38 осуществляется с по­ мощью сельсина 40.

3) Гидравлическая система для автоматического разворота лопастей рабочего колеса на пусковой угол. Эта система состоит из механизма управления 44 и золотника 43. При остановке турбины шток механизма ограничения открытия 42 смещается в положение полного закрытия и перемещает вниз золотник 43. От золотника масло под давлением поступает в полость над поршнем 45, кото­ рый смещается вниз и устанавливает рычаг 47 в положение, соот­ ветствующее пусковому, углу разворота лопастей. Величина пу­ скового угла регулируется с помощью винта на поршне 45.

27. Гидромеханическая схема колонки управления

типа ЭГРК -100 (150)-4 электрогидравлического регулятора скорости

Гидромеханическая колонка типа ЭГРК-ЮО (150)-4 так же, как и колонка ЭГРК-250-3, рассмотренная выше, предназначена для управления регулирующими органами поворотнолопастной гидро­ турбины и вместе с электрической частью (рис. 71) образует элек-

169

трогидравлический регулятор скорости типа ЭГРК-2М-100 (150)-4 (размеры диаметров главных золотников могут быть и дру­ гими) .

Схема этой колонки показана на рис. 73. Большинство ее узлов выполнены такими же, как и в колонке ЭГРК-250-3. К ним отно­ сятся: магнитоэлектрический преобразователь 1, гидроусилитель’ типа «сопло—заслонка» 2, гидроусилитель 6 с магнитом 7, все механизмы для управления лопастями рабочего колеса 8, 9, 10, 11, 13, механизм ограничения открытия 12, механизм ограниче­ ния мощности по напору 14, механизм обратных связей 19, ры­ чаг 17 и распор 18, побудительный золотник 21, фильтр 24 и механизмы изменения скорости 25 и мощности 26, а главные золот­ ники 15 и 23 отличаются лишь диаметром.

Отметим основные особенности этой схемы.

1) В отличие от колонки, приведенной на рис. 72, в ЭГРК-100 (150)-4 обратные связи взяты от главного сервомотора. С этой целью роторы сельсинов механизма обратных связей 19 через рычаг 20 жестко связаны с валом выключателя 16.

2) В схеме протнворазгонной защиты гидроагрегата кон­ такты 22 контролируют движение главного золотника, а не серво­ мотора направляющего аппарата, как в колонке ЭГРК-250-3. Это дало возможность отказаться от масляного катаракта, исполь­ зуемого для переключения контактов, и несколько упростить конструкцию данного узла.

Однако установка контактов на главном золотнике снижает надежность работы противоразгонной защиты по сравнению со схемой на рис. 72. Например, на некоторых ГЭС для аварийного закрытия направляющего аппарата иногда применяются.специ­ альные аварийные маслонапорные установки (АМНУ), которые служат в качестве аккумуляторов давления в тех случаях, когда по каким-либо причинам падает давление в основной МНУ до аварийно низкого значения. Если при этом происходит сброс нагрузки, то главный золотник смещается вниз и размыкает контакты 22, но из-за падения давления в МНУ может оказаться, что направляющий аппарат не закрывается. В то же время про­ тиворазгонная защита не срабатывает, так как контакты 22 ра­ зомкнуты.

Кроме того, нужно отметить, что срок службы контактов, уста­ новленных на золотнике, будет, по-видимому, значительно меньше по сравнению с их установкой на масляном катаракте, так как на рис. 72 момент срабатывания контактов находится в зависимо­ сти от скорости движения поршня сервомотора, а на рис. 73 мо­ мент их срабатывания определяется ходом главного золотника. Если учесть, что в этом регуляторе устанавливается сравнительно высокое значение коэффициента усиления цепи частота — глав­ ный золотник (—15 мм/%), то для хода золотника 3—4 мм кон­ такты 22 будут срабатывать при отклонениях частоты на величину, примерно равную 0,2%. Такие отклонения с достаточно малым

170

171

Рис. 73. Гидромеханическая схема колонки управления типа ЭГРК-100 (150)-4

периодом в эксплуатационных условиях являются нормальным явлением, особенно для режима холостого хода. Следовательно, частота срабатывания контактов (рис. 73) будет значительно больше, чем это имеет место в схеме на рис. 72.

3) В колонке ЭГРК-ЮО (150)-4 предусмотрена плавная регу­ лировка коэффициента передачи от гидроусилителя до главного золотника. Это достигается за счет смещения опоры 4 рычага 3 с помощью винта 5. Диапазон изменения коэффициента передачи составляет 2—5,25.

28. Гидромеханическая схема колонки управления типа ЭГР-100 (150)-4 электрогидравлического регулятора скорости

Для управления регулирующим органом радиально-осевой гидротурбины Ленинградский металлический завод выпускает колонку управления типа ЭГР-100(150)-4 с диаметром главного золотника 100 и 150 мм (в принципе размер диаметра может быть и другим). В комплекте с электрической частью колонка образует электрогидравлический регулятор скорости типа ЭГР-2М-100(150)-4. Принципиальная схема этой колонки управле­ ния приведена на рис. 74. Основные узлы, к которым относятся магнитоэлектрический преобразователь 12, гидроусилитель типа сопло—заслонка 11, механизм ограничения открытия 8, контактное устройство противоразгонной защиты 20, механизм обратных связей 10 и фильтр 22, конструктивно выполнены та­ кими же, как и в колонках, рассмотренных в предыдущих пара­ графах.

Гидроусилитель 11 через рычаг 13 и распор 14 управляет по­ будительным золотником 16. При смещениях иглы этого золот­ ника вверх или вниз полость над поршнем главного золотника 19 соединяется либо со сливом, либо с давлением масла, постоянно подаваемого в полость между тарелками золотника. Выключение последнего осуществляется с помощью рычага 17. Главный золот­ ник 19 управляет сервомотором направляющего аппарата. Пор­ шень этого сервомотора посредством троса 21 связан с валом 15 выключателя. Таким образом, угол поворота вала пропорциона­ лен' величине смещения поршня сервомотора направляющего аппарата. С валом выключателя жестко связаны роторы сельсинов механизма обратных связей 10, вырабатывающих электрический сигнал для создания постоянной неравномерности и изодромной обратной связи.

По сравнению с ранее рассмотренными схемами в колонке ЭГР-100(150)-4 несколько иначе выполнен механизм ограничения мощности по напору. От общестанционных устройств электри­ ческий сигнал, пропорциональный действующему напору, посту­ пает на электродвигатель 3, который соединен с редуктором 2. На выходном валу 4 редуктора жестко закреплен кулачок 5, поворачивающий рычаг 6, закрепленный на тяге 9. Электрический

172

НКг.

О

ж

0 L__

173

сигнал жесткой обратной связи вырабатывается сельсином 1, ротор которого поворачивается пропорционально углу поворота кулачка 5. При увеличении действующего напора рычаг 6 через тягу 7 смещает вниз шток 9 и воздействует на рычаг 18, положение которого определяет мощность турбины для данного напора.

29. Принципиальная схема электрогидравлического регулятора скорости

типа ЭГР-И-150-10

Для радиально-осевых гидротурбин ЛМЗ разработал новый ре­ гулятор скорости с воздействием по интегралу от отклонения ско­ рости.

Электрическая схема типа ЭГР-И этого регулятора в упрощен­ ном виде показана на рис. 75. Скорость вращения гидроагрегата

Рис. 75. Электрическая схема типа ЭГР-И

измеряется тахогенератором ТГ, который находится на одном валу с агрегатом и при номинальной скорости вращения дает частоту 50 Гц. Напряжение тахогенератора используется для пи­ тания электрической схемы регулятора. Частота этого напряжения измеряется чувствительным элементом 1, выполненным в виде двойного Т-образного моста, представляющего собой RC-контур.

Выходной сигнал ЯС-контура выпрямляется фазочувствитель­ ным выпрямителем (ФЧВ). Далее сигнал от ФЧВ и производная от этого сигнала суммируются и суммарный сигнал поступает

174