книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

число оборотов. Ведущий поршень 1 изодромной обратной связи, двигаясь вверх вместе с сервопоршыем, выдавливает масло в по­ лость над подвижной втулкой золотника 8. Втулка опускается, окна, через которые масло поступает к сервопоршню, прикры­ ваются, скорость движения поршня уменьшается. В установив­ шихся режимах изодромная обратная связь не действует, так как под влиянием силы пружины втулка возвращается в одно н то же положение, соответствующее разжатой пружине.

Жесткая обратная связь (ЖОС) 3 соединяет сервопоршень

сверхним концом пружины 4 измерителя: с изменением нагрузки

иположения сервопоршня верхний конец пружины измерителя пере'мещаетсяч Поэтому равенство' сил пружины и центробежных сил грузов измерителя с изменением нагрузки может иметь место только при различной частоте^вращеиия. В результате этого ста­ тическая характеристика САРС имеет наклон, отличный от нуля. Если бы ЖОС 3 не действовала, то устойчивое положение элемен­ тов регулятора, соответствующее перекрытию окон втулки золот­ ником, могло бы осуществляться только при одних и тех же обо­ ротах грузов измерителя 5, при которых приведенная центробеж­ ная сила грузов равнялась бы силе пружины 4, и дизель-генера­ тор работал бы по астатической характеристике.

Выведем дифференциальные уравнения элементов и системы регулирования в целом.

Уравнение объекта, полученное ранее, запишется так:

— X.

Уравнение идеального центробежного измерителя скорости с зо­ лотником (Тг = Тк = 0) без учета ЖОС имеет вид

Действие ЖОС приводит к дополнительному перемещению пру­ жины и муфты измерителя и золотника на величину, определяемую перемещением сервопоршня z и передаточным отношением ЖОС 8Л Поэтому уравнение измерителя скорости с золотником с уче­ том ЖОС примет вид

Уравнение сервопоршня [см. формулу (3.34)] имеет вид

= а.

•где а = т) — ? — координата втулки золотника.

250

£гос

Xj Tj P

Tjp*t

Рис. 10.3. Структурная схема САРС непрямого действия (типа Д-100)

Рассмотрим два предельных случая работы регулятора: 1) игла изодрома полностью вывернута, 2) игла изодрома ввернута на значительную величину.

1. Игла изодрома полностью вывернута (7} = 0). Гибкая обрат­ ная связь (ГОС) не действует. Передаточная функция замкнутой

251

системы регулирования принимает вид

На установившихся режимах Ф (0) = 8, и наклон статической характеристики САР определяется только передаточным отноше­ нием ЖОС, которая служит для настройки статизма. Обычно

8,- = 0,02-4-0,03 (2—3%).

Так как передаточное отношение ЖОС, а следовательно и ее влияние на динамику переходного процесса, невелико, то при 7)=0 САРС можно рассматривать как систему, включающую два после­ довательно соединенных интегрирующих звена — сервомотор и объект. Такая система близка к границе устойчивости, процесс регулирования'— колебательный, время переходного процесса' t„ велико, а величины забросов чисел оборотов также могут быть значительными, так как определяются набрасываемой нагрузкой.

2. Игла изодрома завернута на величину, которая соответ­

^Yoc (Р) ~ ^у>

где kj равно отношению площадей ведущего и ведомого поршней обратной связи. Обычно &; > Д.

Следовательно, в период переходного процесса ГОС действует так же, как ЖОС, охватывающая сервомотор.

Чем больше завернута игла, тем больше постоянная времени 7) и длительнее этот период. Передаточная функция сервомотора в этом случае принимает вид

Поэтому сервомотор из интегрирующего звена временно пре­ вращается в инерционное звено 1-го порядка. Сдвиг фаз и коэффи­ циент усиления звена и всей системы уменьшаются, а запас устой­ чивости увеличивается. Показатели переходного процесса по срав­ нению с первым случаем улучшаются.

При значительном увеличении 7} величина перерегулирования может возрасти. Последнее объясняется тем, что действие отрица­ тельной обратной связи приводит к уменьшению проходного сече­ ния во втулке золотника, Скорость сервопоршня уменьшается, и он с большим опозданием приводит подачу топлива в соответствие с новой нагрузкой. Длительность переходного процесса также мо­ жет возрасти. При испытаниях следует экспериментально опреде­ лить положение иглы, при котором величина перерегулирования и

252

длительность переходного процесса удовлетворяли бы заданным требованиям.

На рис. 10.4 представлена схема механизма выключаемой ГОС регулятора Д-100. При набросах нагрузки большой величины в первый момент ведомый поршень изодрома значительно откло­ няется от своего среднего положения и соединяет сливное отверстие с полостью изодрома. Изодромиая обратная связь выключается. Это приводит к временному увеличению скорости сервопоршня и снижению величины перерегулирования. В дальнейшем сливное отверстие перекрывается, а изодромная обратная связь начинает действовать, обеспечивая устойчивость системы.

Рис. 10.4. Схема элементов гибком обратной связи:

Постановкой прокладок под пружину можно смещать положе­ ние ведомого поршня обратной связи, при этом достигается либо уменьшение забросов чисел оборотов при включении нагрузки (одновременно увеличиваются забросы при отключении нагрузки), либо наоборот.

Настройка регуляторанепрямого действия с комбинирован­ ной обратной связью включает такие операции, как:

—установка требуемого наклона статической характеристики САРС путем регулировки передаточного отношения в ЖОСД

—определение оптимального положения иглы изодрома для получения заданных показателей качества переходных процессов;

—изменение среднего положения ведомого поршенька ГОС путем смены прокладок под пружиной в случае, если забросы

253

чисел оборотов при сбросе и иабросе нагрузки различны по вели­ чине. Этим достигается равенство забросов чисел оборотов при сбросе и набросе нагрузки.

Двухимпульсное регулирование скорости дизель-генераторов

Опыт эксплуатации и испытаний САРС с одиоимпульсными ре­ гуляторами скорости различных типов показывает, что с помощью таких регуляторов наиболее сложно обеспечить малую величину

перерегулирования. Например, при набросе и сбросе 100% на­ грузки и одноимпульсном регулировании не удается сократить ве­ личину максимального отклонения ниже 5—6%. Длительность пере­ ходного процесса при сбросе и набросе 100% нагрузки у большин­ ства дизелей, оборудованных одиоимпульсными регуляторами ско­ рости, составляет не менее 2—3 сек.

Практика показывает, что дальнейшее улучшение показателей переходных процессов дизель-генераторов переменного тока воз­

254

можно лишь при оснащении их комбинированными (двухимпульсными) регуляторами скорости, использующими принцип работы по отклонению и по возмущению.

Двухимпульсный регулятор скорости состоит из двух основных узлов (рис. 10.5). Первый узел обеспечивает регулирование по от­ клонению и включает центробежный измеритель 1, золотник 4, сервомотор 5, изодромную 6 и жесткую 2 обратные связи. Послед­ няя осуществляется с помощью системы рычагов 3. Второй узел включает элементы, обеспечивающие регулирование по возмуще­ нию: измеритель активного тока (или мощности) 11 (принцип его действия изложен в гл. 3), катушку электромагнита 10, якорь электромагнита 9, соединенный с золотником 12, сервомотор, соеди­ ненный с подвижной втулкой 7 золотника 4 и ЖОС 8, которая обеспечивает устойчивость работы этого узла. На рейку топлив­ ных насосов движение передается от сервомотора 5.

Регулирование частоты вращения в статических режимах про­ исходит следующим образом. При выключенном измерителе на­ грузки втулка 7 неподвижна. Поэтому каждому значению нагрузки (и положению рейки) должно соответствовать вполне определен­ ное" положение сервомотора 5 и рычагов ЖОС. Регулирование частоты вращения происходит по статической характеристике, обу­

ложение статической характеристики 1: с ростом нагрузки стати­ ческая характеристика, обусловленная действием первого узла регулятора, перемещается параллельно самой себе вверх, а с уменьшением нагрузки — вниз. В связи с этим фактический статизм регулирования скорости на установившихся режимах при двухимпульсном регулировании может быть небольшим или рав­ ным нулю. (Статическая характеристика САРС с двухимпульсным регулятором показана на рис. 10.6, прямая 2).

255

Регулировать статизм можно двумя способами:

—за счет изменения передаточного отношения в ЖОС;

—за счет изменения общего статического коэффициента уси­ ления канала измерения нагрузки, например путем изменения

жесткости пружины электромагнита 10.

Очевидно, что при определенном значении нагрузки анализ устойчивости САРС с двухимпульсным регулятором следует про­ изводить только для контура регулирования по отклонению и этот анализ будет подобен анализу устойчивости САРС с одноимпульсным регулятором. Очевидно также, что величины перерегулирова­ ния частоты вращения и длительности переходного процесса при сбросах и набросах нагрузки в системе с двухимпульсным регу­ лятором будут зависеть от того, насколько быстро передвинется втулка 7 под действием сигнала нагрузки, которая изменяется раньше, чем возникает отклонение частоты вращения. Благодаря высокому быстродействию полупроводникового и электрогпдравлического усилителей второго узла регулятора, а также малой вели­ чине постоянной времени электромагнита 10, втулка 7 при измене­ нии нагрузки передвигается в новое положение значительно рань­ ше, чем золотник 4 под воздействием изменения частоты вращения. Поэтому обеспечиваются высокие показатели переходных процес­ сов: величина максимального отклонения составляет 1—2%, время переходного процесса — 1,5—2 сек.

При выключении импульса по нагрузке двухимпульспый регу­ лятор скорости работает так же, как регулятор, работающий по принципу измерения отклонения регулируемой величины.

При настройке двухимпульсного регулятора скорости обычно задается общий, т. е. суммарный, статизм системы регулирования, получаемый в результате действия обоих каналов регулятора (по скорости и по нагрузке), и внутренний статизм системы при выклю­ ченном канале нагрузки регулятора.

Принцип действия и настройки нзодромной обратной связи в двухимпульсном PC носит такой же характер, как в одноимпульсном PC.

Недостатком конструкции двухимпульсных PC по сравнению

содноимпульсными является:

1)большая степень нечувствительности, чем одноимпульсных PC, так как нечувствительность от каналов скорости и нагрузки суммируется и достигает 0,2—0,3%;

2)большая сложность устройства, чем одноимпульсных PC.

Техническое .обслуживание регуляторов• скорости

Рассмотрим особенности технического обслуживания и возмож­ ные неполадки в работе регуляторов скорости, а также способы их устранения, на примере регуляторов непрямого дёйствия для двигателей Д-100 и прямого действия для двигателей Д-6, широко используемых в дизель-генераторных установках.

256

К основным операциям технического обслуживания относится, смена масла в регуляторе через каждые 250 час работы. ’Для этой цели масло следует предварительно профильтровать через шелко­ вое полотно. Заливка масла должна производиться через имею­ щуюся на регуляторе масленку с сеткой.

Регулятор снимается с дизеля и промывается дизельным топливом. Допускается смена масла регулятора и без снятия регу­ лятора с дизеля. В этом случае оно удаляется через спускную пробку, регулятор заполняется дизельным топливом и дизель запускается на 2—3 мин при отвернутой на два-три оборота ком­ пенсирующей игле, затем дизель останавливается и производится заправка регулятора маслом. Дизель запускается на 10 мин, после чего масло с остатками дизельного топлива спускается и происхо­ дит окончательная заправка регулятора маслом. Для того чтобы из масляных полостей после заполнения регулятора .маслом вы­ шел воздух, сервомотор перемещается несколько раз вручную.

На дизелях Д-6 с регуляторами прямого действия через каж-' дые 100 час проверяется уровень масла в корпусе регулятора и при необходимости доливается по 0,5 л масла.

При нарушениях устойчивости работы дизель-генератора ди­ зельным топливом промывают катаракт. Если это не дает поло­ жительных результатов, то поршенек и внутреннюю полость ката­ ракта промывают бензином.

Для проверки легкости перемещения поршенька катаракта он отделяется от рейки топливных насосов. При полностью открытой игле катаракта смазанный дизельным топливом поршенек должен медленно, без задержек опускаться под действием собственного веса.

Возможные неполадки в работе регуляторов скорости непря­ мого действия дизель-генераторов типа Д-100 [44], регуляторов прямого действия дизелей типа Д-6 [41] н способы их устранения приведены в табл. 10.3.

ка при изменении ре­ жима

Регулятор прямого действия с упруго присоединенным катарактом

258

Регулирование скорости дизель-генераторов с дизелями, имеющими автономный газотурбинный наддув

В настоящее время для привода генераторов переменного тока широко используется двух- и четырехтактные дизели, в системе наддува которых имеются автономные турбокомпрессоры (ТК). Регулирование скорости дизелей с автономными ТК на установив­ шихся режимах так же, как и на переходных режимах при сбросе нагрузки, практически не отличается от регулирования скорости дизелей без наддува. Однако при набросе нагрузки в регулирова­ нии скорости таких дизель-генераторов ДГ имеется существенное различие.

хода рейки /гр (t), числа оборотов дизеля п№(t) и ТК /гтк (£), а так­

же расчетные зависимости индикаторного к. п. д. дизеля \ (t) и эффективного момента M e { t ) . Упор рейки топливных насосов был установлен в положение, соответствующее 2070 кет (1,15X1800). Как видно из осциллограммы, рейка топливных насосов через 0,55 сек выводится на упор и остается на нем. около 9 сек.