Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Приложение III 181

с большим поршнем вся система продолжает некоторое время

по инерции закрываться с высокой скоростью ν

, а не с

меньшей ν

, в результате чего практически на времени начала

эффективного закрытия учёт массы сервомотора может не

отражаться.

III.3. Автоколебания при движении на открытие

Скоростная несимметрия отражает принципиальные

отличия процессов в системе регулирования при движении

сервомоторов на закрытие и на открытие.

Положительная обратная связь, возникающая на фазе

открытия вследствие падения напорного давления при

потреблении масла сервомоторами, может способствовать

возникновению автоколебаний [С20].

В сервомоторе с механической обратной связью

падение напорного давления отражается на положении

золотника сервомотора регулирующего клапана в основном

только вследствие изменения управляющего давления от

сумматора-преобразователя и зависит от типа этого сумма-

тора. Поэтому рассмотрим с этой точки зрения две возможные

схемы суммирования сигналов от датчиков.

Первая схема суммирования (рис. П. 11) с исполь-

зованием для этого проточной гидравлической линии с

постоянным (обычно, равным примерно половине от напорного)

давлением р

Такая система применялась на многих турбинах

200...300 МВт для суммирования сигналов регулятора скорости

и электрогидравлического преобразователя. (Применение в них

более совершенных конструкций промзолотника и ЭГП в данном

отношении не принципиально). При перемещении суммирующей

буксы в сторону открытия и увеличении потребления масла

182 Приложение ΠΙ

Рис. П. 11. Принципиальная схема регулирования:

1 - регулятор частоты вращения, 2 - золотники регулятора частоты,

3 - механизм управления турбиной, 4- промежуточный золотник, 5 - серво-

мотор регулирующего клапана ЦВД, 6 - сервомотор регулирующего кла-

пана ЦСД, 7 - электрогидравлический преобразователь, 8 - насос, 9 - уп-

равляющая гидравлическая линия постоянного давления Р

, 10-подвижная

букса, 11 - управляющая гидравлическая линия переменного давления Р

12 - отсечной золотник, 13 - напорная гидравлическая линия с давлением

, 14 - букса обратной связи сервомотора, 15 - поршень сервомотора

сервомоторами напорное давление р

п1

, подаваемое к серво-

моторам, падает как вследствие уменьшения напорного

давления р

за насосом в соответствии с характеристикой

насоса, так и в силу инерционности масла, сосредоточенного в

общем напорном трубопроводе от насосов до сервомоторов. В

то же время, изменение давления р

в линии суммирования из-

за "сжимаемости" масла в этом трубоповоде в этот момент

отстаёт от изменения напорного давления, подаваемого к

промежуточным усилителям, и обозначенного как р

, что и

приводит к дополнительному динамическому перемещению

Приложение III 183

суммирующей буксы в сторону открытия. Кроме этой динами-

ческой положительной обратной связи, положительная обратная

связь в системе при движении на фазе открытия может

появиться также из-за дополнительного смещения в сторону

открытия управляющего органа УО (золотника регулятора

скорости или электрогидравлического преобразователя) при

падении напорного давления.

Вывод уравнений системы регулирования на фазе

движения на открытие выполним с учётом влияния только этих

наиболее важных факторов. В связи с относительно низкой

частотой возможных автоколебаний при выводе уравнений

массу жидкости в напорном трубоповоде и "сжимаемость"

масла в линии суммирования с давлением р

считаем сосредо-

точенными.

Уравнение движения подвижной буксы промзолотника

(х

) при пренебрежении массой самой буксы и с учётом того,

что обычно дифференциальные площади буксы обеспечивают

соотношение давлений р

с0

/р

= 0,5, примет вид

где - площадь и длина трубопровода линии

суммирования, - открытие окна и

расход масла в проточной линии; F

- площадь буксы, на

которую действует давление р

; γ - коэффициент, учиты-

вающий влияние изменения напорного давления на

выходной сигнал УО.

Уравнение поршня промзолотника на фазе открытия с

учётом того, что при движении на открытие давление в

управляющей линии к сервомоторам (под поршнем пром-

184 Приложение III

золотника) p

у0

в среднем примерно в 2 раза меньше напорного

давления р

открытие окна впуска масла и расход масла в линию управления

(под поршень промзолотника) в квазистатическом режиме;

ψ - коэффициент, учитывающий влияние золотников серво-

моторов (см. П.5); к

- коэффициент жесткости поршневой

пружины промзолотника.

Уравнение движения сервомотора эквивалентного

регулирующего клапана:

где f

- площадь и коэффициент жесткости пружины

золотника сервомотора эквивалентного клапана, F

площадь поршня и передаточное отношение обратной связи

этого сервомотора.

Изменение напорного давления:

- перед сервомоторами с учетом массы масла в

подводящем маслопроводе

где l

, f

- длина и площадь общего напорного маслопровода:

Приложение III 185

Характеристическое уравнение системы при Δр

п2

= Δр

на фазе открытия, таким образом, будет следующим:

Если дополнительно обозначить статические откло-

нения переменных, соответствующие изменению их от

положения холостого хода до положения номинальной нагрузки,

,Х

, то

где Q

= Q

+ Q

, Q

- расход насоса, Q

- расход масла в

статических режимах, Q

- дополнительный расход масла при

движении сервомоторов на открытие, - время

движения эквивалентного сервомотора на открытие при

максимально допустимом расходе Q

(около 1...3 с).

Устойчивость системы третьего порядка обеспечи-

вается при выполнении положительности всех коэффициентов

0,1,2,3

> 0 и выполнение неравенства

Реальные значения к весьма малы, что является

186 Приложение III

достоинством отсечных систем, т.к. обеспечивается точность

этих систем, поэтому можно принять для упрощения анализа

а«1. Кроме того, обычно T

«T

, и значения коэф-

фициентов принимают вид

Для обеспечения С

>0 необходимо выполнение

неравенства

Это безусловно обеспечивается, если свести к мини-

муму влияние падения напорного давления на УО и выполнять

γ<k, или же вообще изменить знак этого влияния, что

достигается различными методами, в частности, установкой

редукционных клапанов на линиях подвода напорного масла к

следящим золотникам PC, ЭГП (возможные варианты показаны

в [К21, С20]).

Для обеспечения С, > О при γ < к достаточно вы-

полнения неравенства

Это неравенство безусловно выполняется при

В противном случае накладывается ограничение на

характеристику насоса и для выполнения этого условия

Приложение III 187

необходимо уменьшать расход Q

, замедляя открытие

сервомоторов, т.е. увеличивать время открытия T

Если считать, что Q

≈ Q

, то можно определить

предельно допустимое по условию положительности коэф-

фициента С

падение давления насоса при максимально

допустимом расходе от насоса, приняв k = 0 и обозначив

Для выполнения неравенства С

> 0 достаточно выполнение

неравенства

из которого хорошо видно вредное влияние не только V

, но

также и т.

При к=0

Дополнительные ограничения накладываются при

неодходимости выполнения С

ּС

-С

ּС

> 0.

Нарушение условий устойчивости движения на фазе

открытия в реальной системе приводит к возникновению

автоколебаний. Это и наблюдалось в первых системах

регулирования турбин К-300-240. Для устранения возникавших

автоколебаний при подаче воздействия в сторону открытия

клапанов пришлость изменить трубопровод линии суммирования

(уменьшить диаметр и длину), замедлить движение системы

установкой ограничителей в местах подвода напорного масла

к поршню каждого сервомотора и к поршню промзолотника.

188 Приложение III

В последующем удалось значительно повысить устой-

чивость этих систем путём перехода к схеме с двумя напор-

ными коллекторами (см. рис. 11.1), благодаря чему полностью

исключалось влияние массы масла, подаваемого к поршням

сервомоторов, на промежуточные усилители. Коэффициенты

характеристического уравнения системы при Δр

п2

=Δр

(в коэффициентах это соответствует т = 0) на фазе открытия

выглядят следующим образом:

При этом для допустимого по условиям силовых запасов

сервомоторов падения напорного давления автоколебаний в

практике эксплуатации не возникало.

Вторая схема суммирования, представляющая систему

механогидравлического суммирования сигналов от датчиков,

как это описано в гл. 6 (см. рис. 6.1), позволила полностью

отказаться от проточной линии для этого, т.е. V

= 0. Харак-

теристическое уравнение при этом выглядит следующим

образом:

Приложение III 189

В такой системе при к > γ и двух напорных коллекторах

проблема с устойчивостью на фазе открытия вообще не должна

возникать, что и было подтверждено практикой.

Нужно ли в этой системе два напорных коллектора?

Полезно. Если выполнить один коллектор, получим:

Здесь уже есть возможность влияния массы движу-

щегося масла на устойчивость.

Приведём некоторые численные оценки. Примем для

масла: ρ = 1,0· 10

кг сек

/ см, Е = 10

кг/см

(с учётом

нерастворённого воздуха).

Для промзолотника: k = 0,002 см

/кг, F

= 50 см

=0,2 см, V

= 10 см

, Х

=0,8 см, Р

= 15 кг/см

, тогда

желательно V

<kּ2ּEּF

=2000 см

, т.е. при f

= 5 см

иметь l

< 400 см = 4 м.

Для насоса: Q

=3 л/с, Q

= 10 л/с.

Примем также: T

=0,15, T

=0,02, T

= 1,5.

Тогда V

= F

-X

{

= ΙΟ

1,5 = 1,5 ΙΟ

При Χ

= 15 см, F

= 1000 см

Для напорного маслопровода:

= 200см

, l

= 100м = 10

см,

190 Приложение III

Для последней схемы и γ = 0:

Сделаем выводы из численных оценок. К расчёту

численных значений параметров по таким упрощенным

уравнениям надо относится весьма осторожно, запас

устойчивости по величине параметра должен быть, наверное,

не менее 10. Но качественные выводы эти оценки позволяют

сделать весьма однозначные. В данном случае они следующие.

1. Обосновано применение схем с двумя напорными

коллекторами (т = 0).

2. Возможен отказ от применения проточных линий для

суммирования, а при их применении - выполнение мини-

мального объёма этого маслопровода (V

<kּ2ּEּF

необходим тщательный выпуск воздуха из этого маслопровода.

3. Следует минимизировать влияния изменения

напорного давления на положение датчиков (к>γ).

Примечание. Указанный анализ применим и к системам

регулирования турбин типа К-200-130 с проточными линиями

для суммирования и двухсторонними гидравлическими

сервомоторами. Только в этом случае наибольшее потребление