СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ

Схема найпростішої системи регулювання частоти обертання показана на рисунку 3.2.2. Це система прямого регулювання – в ній вся енергія для переміщення регулюючого клапану 4 надходить від регулятора 1, муфта 2 якого пов’язана з клапаном через важіль 3. Переміщення муфти відбувається за рахунок руху вантажів, що виникають при зміні відцентрової сили, що пов’язана зі зміною частоти обертання ротора.

 

 

Рисунок 3.2.2 – Схема прямого регулювання частоти обертання

 

При відцентрова сила, що розвивається вантажами, урівноважується зусиллям в пружині розтягнення. При зміні навантаження зміниться частота обертання. Частота обертання збільшується при зменшенні навантаження, і вантажі регулятора через муфту та важіль переміщають клапан на закриття для зменшення витрат пари.

Процес, зворотній описаному, протікає при збільшенні навантаження. Регулятор 1 в цій схемі називається регулятором частоти обертання. Зусилля цього регулятора невелике, тому без підведення до системи регулювання енергії зовні та використання пристроїв, що посилюють за рахунок цієї енергії імпульс, що йде від регулятора до клапана 4 випуску пари в турбіну, система автоматичного регулювання працювати не може.

Система регулювання з підведенням допоміжної енергії та підсилювальними пристроями називається системою непрямого регулювання (рисунок 3.2.3). Це схема однократного зусилля з двостороннім гідравлічним сервомотором 4 та відсічним золотником 3. Допоміжна енергія підводиться від масло насосу 7 з тиском . Штоки сервомотору та золотника шарнірно пов’язані через важіль 2 з муфтою регулятора 1. В середньому положенні золотник відсікає підведення масла до сервомотору, а при відхиленні золотника від положення відсікання масло може надходити у верхню або нижню порожнини сервомотора, переміщаючи регулюючий клапан 5, змінюючи витрату пари на турбіну 6.

Рисунок 3.2.3 – Схема непрямого регулювання частоти обертання

Принцип роботи схеми непрямого регулювання частоти обертання при зниженні навантаження генератора:

В турбіні виникає надлишковий паровий момент, внаслідок чого частота обертання ротора збільшується, вантажі відцентрового регулятора розсуваються та піднімають муфту 8 разом з кінцем зв’язаного з нею важеля 2. Важіль буде повертатись відносно нерухомої в перший момент точки Б під'єднання до нього сервомотору. Золотник 3 зміститься від середнього положення вгору, що викликає подачу масла до верхньої порожнини сервомотору та одночасне зливання масла з нижньої порожнини. За рахунок перепаду тиску масла поршень піде вниз, переміщаючи клапан, який прикриє подачу пари в турбіну, що приведе до зменшення її надлишкового парового моменту. Важіль зв’язку 2 передає прямий імпульс від регулятора до сервомотору. Сервомотор та зв'язаний з ним клапан припинять свій рух вниз тільки в тому випадку, коли золотник знову займе положення відсічки. Встановлює його в це положення той самий важіль зв’язку, який повертається відносно точки А свого закріплення в муфті регулятора при переміщенні сервомотору вниз. Таким чином, важіль зв’язку здійснює зворотній зв'язок (зворотній імпульс) від сервомотора до золотника. Поршень сервомотору та клапан зупиняться в новому положенні, яке відповідає новому встановленому режиму роботи турбіни та генератора.

Системи регулювання сучасних турбін містять декілька послідовно працюючих східців посилення з гідравлічними зв’язками. Гідравлічний зв'язок працює за принципом перетворення механічного переміщення в зміні тиску рідини або зворотного перетворення (тиску рідини в механічне переміщення).

В схемах регулювання в якості регулятора частоти обертання застосовується пристрій з відцентрованими вантажами. Вимірювачем (чутливим елементом) частоти обертання ротора в цьому регуляторі є вантаж, що обертається, відцентрова сила якого залежить від частоти обертання ротора. Окрім відцентрових застосовують гідродинамічні регулятори швидкості. Вимірювачем частоти в такому регуляторі служить насос (імпеллер) або гідравлічний опір, що обертається, значення якого залежить від частоти обертання ротора. Першою ланкою посилення імпульсу від насосів в системах з гідродинамічними регуляторами швидкості служать мембранно-стрічкові поршневі та сильфоно-поршневі пристрої.

Серед відцентрових датчиків-регуляторів розрізняють: шарнірні (тихохідні вантажні) та безшарнірні (все режимні пружні). Перші не застосовуються.

Принцип роботи безшарнірних датчиків:

Такі датчики виконуються з діапазоном роботи від 300-400 до 3400 об/хв. Датчик закріплюється на валику 5, який зв’язаний з ротором турбіни. Вантажі 9,10 закріплені на гнучкій сталевій стрічці 3, що прикріплена до корпусу 4 пластинками 8 та болтами 7. Пружина 6, що закріплена середньою частиною в кронштейні регулятора, стягує вантажі 9, 10. На випуклій частині гнучкої стрічки по осі валика закріплена відбійна пластина 2 (муфта), яка регулює зливання робочої рідини з сопла 1 слідкуючого золотника. При підвищенні частоти обертання відцентрові сили вантажів збільшуються, розтягують пружину та деформують гнучку стрічку. Пластина 2 відходить від сопла 1, викликаючи переміщення виконаного заодно з соплом слідкуючого золотника. Золотник своїми регулюючими кромками перекриває відповідні вікна, змінюючи зливи через них, і тим самим передає команду на наступні ланки системи регулювання (рисунок 3.2.4).

Принцип роботи мембранно-стрічкових пристроїв:

В цих пристроях застосовують в якості приймальних пристроїв імпульсів від насосів в гідродинамічних регуляторах швидкості (рисунок 3.2.5). використовується явище повздовжньо-поперечного згинання стрічки. Прогинання мембрани 1 в центрі при зміні тиску масла від датчика швидкості – насоса змінює стискання стрічки 2, що жорстко закріплена в мембрані 1 та в стакані 4. При цьому досягається 10-12 кратне зусилля прогину мембрани. До середньої частини стрічки підведене сопло 3, в яке з лінії від силового насосу подається силова рідина, зливання якої через сопло змінюється в залежності від прогинання стрічки. Зміна витрат рідини передається золотнику проміжного посилення системи регулювання.

Рисунок 3.2.4 – Безшарнірний регулятор частоти обертання

Принципова схема гідродинамічного регулювання показана на рисунку 2.3.6.

Принцип роботи системи гідродинамічного регулювання:

Колесо імпульсного насосу-імпеллера 1 розташоване на валу ротора турбіни. При збільшенні частоти обертання ротора зростаючий тиск рідини після цього насосу передається під поршень 3 приймального пристрою імпульсу регулятора швидкості. Збільшення тиску під поршнем заставляє його переміщатись вгору до моменту, коли натягування пружини 2 не урівноважить зусилля від приросту тиску під поршнем. Від переміщення поршня важіль 4 піднімається, повертаючись відносно місця з'єднання його зі штоком поршня сервомотору 6. Золотник 5 при переміщенні вгору відкриє підведення силової рідини від насосу 8 в камеру над поршнем сервомотору та злив його з під поршня, за рахунок чого поршень переміститься вниз, прикриваючи клапан 7, що приведе до зменшення парового моменту турбіни та зниженню частоти обертання ротора.

Якість процесу регулювання характеризується статичними і динамічними показниками.

До статичних характеристик відносяться нерівномірність та нечутливість.

До динамічних характеристик – миттєве збільшення величини (закодування величини), що регулюється при скиданні навантаження, швидкодія, час регулювання, число коливань величини, що регулюється за час перехідного процесу.

Нерівномірність регулювання частоти обертання кількісно характеризується ступенем нерівномірності (статизмом), тобто відношенням зміни частоти обертання до зміни потужності турбіни в будь-якому діапазоні статичної характеристики частота обертання – потужність, яка отримується при незмінному положенні механізму управління турбіною.

Нечутливість системи регулювання – відхилення частоти обертаннявала турбіни, що не викликає зміну витрати пари. Нечутливість системи регулювання залежить від сил тертя в рухомих вузлах системи, жорсткості важелів, кріплення пружних елементів. Під час експлуатації турбіни нечутливість збільшується через забруднення рухомих з'єднань та зношування деталей.

Закидування величини, що регулюється – це їїмаксимальне відхилення від початкового значення при неочікуваному зниженні потужності турбіни від максимальної до нуля.

Часом регулювання - називають час, який пройшов з моменту скидання навантаження до початку надходження значення частоти обертання в діапазоні, що дорівнює 5% значення її нерівномірності.

 

3.2.3 МЕХАНІЗМИ УПРАВЛІННЯ ТУРБІНОЮ

При паралельній роботі на одну електричну мережу частота обертання ротора турбіни визначається частотою мережі, і після включення агрегату в мережу виникає необхідність в штучній дії на важіль зв’язку 2 (рисунок 3.2.3) для переміщення зв’язаного з ним золотника сервомотора регулюючого клапана. Механізм, за допомогою якого здійснюється така дія на систему регулювання турбіни, носить назву механізму управління турбіною.

За допомогою цього механізму можна також змінити частоту обертання ротора на холостому ходу, що необхідно для узгодження її з частотою мережі при синхронізації генератора з мережею.

В системах регулювання частоти обертання застосовуються два принципово відмінних механізму управління: з додатковою пружиною та з дією на передаточний механізм.

Принцип роботи системи регулювання частоти обертання, яка має МУТ з додатковою пружиною:

Пружина 2 (рисунок 3.2.5) може бути натягнена або послаблена за допомогою маховика 1. При натягуванні пружини 2 муфта 3, яка пов’язана з пружиною 4 та вантажем 5, переміщається донизу, що відповідає зменшенню частоти обертання ротора та збільшенню навантаження на генератор. Важіль 6 повертається донизу відносно точки b з'єднання його з сервомотором 7, що приведе до перестановки вниз золотника 8, який відкриє підведення масла під поршень сервомотора і злив з камери над поршнем. Поршень переміститься вгору та збільшить відкривання регулюючих клапанів для більшого пропуску пари в турбіну. Після перестановки золотника важелем зворотного зв’язку а b у відсічне положення турбіна буде працювати при новому навантаженні.

Рисунок 3.2.5 – Система регулювання частоти обертання, що має МУТ з додатковою пружиною

3.2.4 СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ КОНДЕНСАЦІЙНИХ ТУРБІН

Система регулювання конденсаційних турбін без промперегріву.

Режим роботи конденсаційного паротурбінного агрегату визначається потужністю, що віддається генератором до загальної електричної мережі; при встановлених режимах вона дорівнює потужності, що виробляється турбіною.

Система регулювання конденсаційної турбіни представлена на рисунку 3.2.6. В даній схемі використовується відцентровий регулятор швидкості. При підвищенні частоти обертання ротора вантажі регулятора 10 розходяться, та збільшення зазору а заставляє золотник 9 зміститись вправо. Зміщення золотника змінює положення вікна відносно кромки Т, що регулює тиск масла в лінії гідравлічного зв’язку Б. Тиск масла в лінії Б зменшується, що викликає зміщення донизу відсічного золотника 15. При цьому збільшується підведення масла з лінії А в лінію Б через нижні вікна цього золотника, що встановлює тиск в лінії Б. Зміщення золотника 15 донизу відкриває вікно підведення в камеру М сервомотору та вікно зливу з камери Н. За рахунок перепаду тиску на поршень, що виникає поршень зміщається вниз, прикриваючи регулюючі клапани, що приведе до зменшення частоти обертання ротора. Одночасно з початком руху поршня сервомотору донизу почне переміщатись зв’язаний з ним важелем 12 золотник 13, зменшуючи злив масла з лінії Б через вікна зворотного зв’язку в своїй нижній частині. Це приведе до підвищення тиску в лінії Б, яке приведе до підйому та установки у відсічне положення золотника 15. Оскільки сервомотор при збільшенні частоти обертання зміститься вниз та зменшить навантаження турбіни, то мета регулювання буде досягнута.

При скиданні навантаження, коли переміщення золотника 9 в бік відбійної пластини регулятора 10 буде значним, відкриваються вікна К, різко знижуючи тиск в лінії В. Золотник 11 зміщається вниз. Плаваюча букса 18, яка слідує за золотником 11, не встигає за ним, оскільки може переміщатись тільки з суворо визначеною швидкістю, що приводить до зливу масла з камери над поршнем 16, яке до цього утримувалось там за рахунок перекришки О. Поршень 16 зміщається вгору і нижнім торцем відкриває злив з лінії Б, викликаючи миттєве зміщення золотника 15 та закриття сервомотору 14. Букса 18 управляється золотником 11 за допомогою відсічного поясу Ж. На верхній пояс Е букси 18 діє тиск масла з лінії А. На нижній торець букси в камері И діє тиск масла, що підводиться з лінії А через відсічний пояс Ж та отвір Д. При зміщенні золотника 11 вниз підведення масла до камери И зменшується і букса 18 також починає зміщатись вниз, слідуючи за золотником 11. Коли частота обертання ротора перестане змінюватись та золотник 11 зупиниться, букса 18 дожене його та відновить необхідне значення перекришки О. Дія прискорювача 17 припиниться.

Потужність та частоту обертання ротору турбіни можливо змінювати за допомогою МУТ. Це здійснюється шляхом переміщення верхнього кінця верхнього кінця важеля 6 при обертанні привода 5, що дає зміщення штока 4 та золотника 8, що змінює положення регулюючої кромки Т відносно вікна в золотнику 9. В системі регулювання є обмежувач потужності. Момент досягнення турбіною встановленої потужності фіксується появленням сигналу від букси сигналізатора 1 механізму приводу 2. Колесо 3 зубчастої передачі при обертанні механізмом 2 може переміщатись вздовж золотника 8, змінюючи зазор S. З певного моменту при зміщенні вліво золотник 9 починає переміщати зубчасте колесо 3, золотник 8, шток 4 та важіль 6. Нижній кінець важеля (точка Л) переміщається вліво. При цьому сигналізатор 1 під дією пружини переміщається слідом за важелем, відкриваючи вікно Г в сильфоні, що приведе до замикання контактів електроконтактного манометру та появи сигналу про необхідність зменшити навантаження.

Система регулювання конденсаційних турбін з промперегрівом.

Системи регулювання потужних парових турбін виконуються електрогідравлічними, тобто такими, що містять електричну та гідравлічну частини, які взаємно пов'язані. Поява в системі регулювання електричної частини зумовлене недостатністю регулювання по швидкості та прискоренню для турбін блочних установок.

Рисунок 3.2.6 - Система регулювання конденсаційної турбіни без промперегріву

Електрична частина системи регулювання (ЕЧСР) складається з електричних датчиків частоти обертання, потужності, тиску свіжої пари та тиску пари проміжного перегріву; функціональні блоки, що забезпечують утримання турбіни на холостому ходу після повного скидання навантаження, а також блоки, що покращують якість роботи системи регулювання.

Основний принцип дії ЕЧСР складається в тому, що при різкій зміні електричного навантаження або відключенні генератора від мережі електричний імпульс надходить в систему регулювання безпосередньо від електричних пристроїв генератора до того, як почнеться зміна частоти обертання ротора та вступить в роботу регулятор частоти обертання турбіни. При відключення генератора від мережі імпульс в ЕЧСР подається від вимикача генератора.

Рисунок 3.2.7– Система регулювання конденсаційної турбіни з промперегріву:

1,2 – сервомотори ЦВТ та ЦСТ;

3,4,5 – сервомотори скидальних клапанів паропроводів промперегріву, стопорних клапанів ЦВТ і ЦСТ;

6 – золотник регулятора частоти;

7 – регулятор частоти;

8 – резервний бак змащування підшипників регулятора частоти;

9 – масляні вимикачі;

10 – автомат безпеки;

11 – електромагнітний вимикач;

12 – золотник автомата;

13 – обмежувач потужності;

14 – проміжний золотник;

15 – електромеханічний перетворювач;

16 – слідкуючий золотник електрогідравлічного перетворювача;

17 – бак САР;

18, 19 – насоси САР;

20 – пружинні акумулятори;

21 – золотник зворотного зв’язку.

 

Окрім того по другому каналу надходить імпульс, пропорційний прискоренню ротора.

Гідравлічна частина уніфікованої системи регулювання зображена на рисунку 3.2.7 та працює наступним чином:

Регулюючі клапани ЦВТ оздоблені індивідуальними сервомоторами 1. Сервомотори 2 регулюючих клапанів ЦСТ переміщають по два клапани. Відсічні золотники сервомоторів мають кінематичні зворотні зв’язки з кулачками. Переміщення регулюючих клапанів турбін проводиться по сумі ряду дій, більшість з яких формується в ЕЧСР.

В гідравлічній частині є безшарнірний відцентровий регулятор частоти 7, який дозволяє зберегти надійність системи при скиданні навантаження в умовах тимчасового відключення ЕЧСР. Управляючі сигнали дії регулятора частоти, МУТ та ЕГП сумуються диференціальним поршнем проміжного золотника 14. Камера з одного боку поршня цього золотника з’єднана з проточною імпульсною лінією А, зливом масла з якої управляють слідкуючі золотники регулятора частоти та ЕГП. З іншого боку на поршень діє постійна сила напірного тиску масла. Рівновага поршня можлива лише при незмінному тиску в імпульсній лінії А, що забезпечується зміною відкриття вікон а при русі поршня. Через вікна а масло надходить в лінію А. Зміна управляючого сигналу викликає переміщення поршня підсилювача та жорстко зв’язаної з ним букси проміжного золотника, що через проточний золотник 21 викличе зміну тиску масла в лінії В, що управляє золотниками головних сервомоторів 1 та 2. Проміжний золотник 14 відсічний. Його встановлення у відсічне положення виконується переміщенням золотника, що розташований всередині рухомої букси. Це переміщення проводиться через важільну передачу поршнем золотника 21, що знаходиться під дією тиску в лінії В.

 

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО ТЕМИ 3.2

1. Призначення системи автоматичного регулювання (САР)

2. Процес саморегулювання

3. Задачі регулювання частоти обертання

4. Що таке пряме регулювання

5. Що таке непряме регулювання

6. З яких елементів складається система регулювання частоти обертання

7. Які типи регуляторів частоти обертання застосовуються

8. Що таке гідравлічний зв'язок

9. Яке значення зворотного зв’язку в системі автоматичного регулювання

10. Яке пристосування приймає імпульс в гідродинамічній системі частоти обертання

11. Основні показники якості процесу регулювання

12. Що являє собою статична характеристика регулювання частоти обертання

13. Що таке ступінь нерівномірності

14. Що називається закидуванням величини, що регулюється

15. Що таке механізм управляння турбіною

16. Принцип роботи системи регулювання частоти обертання, яка має МУТ з додатковою пружиною

17. Чим визначається режим роботи конденсаційного паротурбінного агрегату

18. Принцип роботи системи регулювання конденсаційних турбін без промперегріву

19. Принцип роботи системи регулювання конденсаційних турбін з промперегрівом

20. Складові електричної частини системи регулювання

21. Основний принцип дії електричної частини системи регулювання