АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1994 года по МПК F03B15/06 F15B9/03 

Изобретение относится к гидромашиностроению.

Известны механические и электрогидравлические регуляторы скорости гидротурбины, содержащие исполнительный гидропривод, служащий для изменения открытия направляющего аппарата (Н. А. ); золотниковое устройство, управляющее гидроприводом; блок управления с электрогидравлическим преобразователем и настроечный электропривод, выполняющий функции пуска и останова агрегата, связанные с золотниковым устройством и исполнительным гидроприводом кинематической системой прямой и обратной связей.

Устройство автоматического ограничения открытия Н. А. по напору, подключенное к рычагу настроечного электропривода, служащий для предотвращения превышения допустимой мощности при высоком напоре. Недостатком известных регуляторов скорости является отсутствие в регуляторе функций установки экономичного режима работы гидротурбины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа автоматический регулятор скорости гидротурбины содержащий исполнительный гидропривод для изменения открытия направляющего аппарата, золотниковое устройство, управляющее гидроприводом, золотники которого кинематически связаны с электрогидравлическим преобразователем блока управления, а через рычажную систему - с штоками настроечного электропривода и фиксатора для блокирования открытия направляющего аппарата при неисправности регулятора, опертыми на два рычага указанной рычажной системы, соединенной в свою очередь через вал и систему рычагов с тросом обратной связи от исполнительного гидропривода [1] .

Недостатком прототипа является также отсутствие в регуляторе функции установки экономичного режима работы гидротурбины.

Целью изобретения является повышение экономичности режима работы гидротурбины.

Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор скорости гидротурбины дополнительно снабжен устройством ограничения максимального открытия направляющего аппарата до оптимального КПД гидротурбины с автоматическим выводом ограничения в режимах острого дефицита мощности в энергообъединении.

Возможность обеспечения режима оптимального КПД гидротурбины путем ограничения открытия Н. А. в одной выбранной точке, соответствующей оптимальному КПД при изменении напора во всем рабочем диапазоне, подтверждается эксплуатационными характеристиками гидротурбин r = f(H), приведенными на фиг. 1, 2, 3. На этих же фигурах показаны кривые зависимости мощности от напора N = f(H) при постоянном значении открытия направляющего аппарата.

На фиг. 1 приведена эксплуатационная характеристика поворотно-лопастной гидротурбины; на фиг. 2 - ковшевой; на фиг. 3 - радиально-осевой.

На фиг. 1, 2, 3 видно, что при ограничении открытия Н. А. в одной точке, соответствующей оптимальному КПД, последний остается неизменным во всем рабочем диапазоне изменения напора.

Наиболее наглядно сказанное подтверждается характеристиками пропеллерной гидротурбины Днепрогэс, приведенными на фиг. 4, а именно: нагрузочными N = f(a); относительного удельного расхода; расходными Q = f(a) при различных значениях напора. Там же нанесена линия выбранного ограничения максимального открытия Н. А.

Ограничение мощности при этом зависит от типа турбин и может составлять от 2 до 10% . Устройство ограничения максимального открытия Н. А. до оптимального КПД гидротурбины содержит профилированный подвижный упор, сочлененный с электроприводом и фиксируемый в положениях введенного и выведенного ограничения концевыми выключателями.

При введенном ограничении упором ограничивается конечный ход рычага настроечного электропривода (ограничителя открытия Н. А. ), ограничивающего открытие Н. А. в положении, соответствующему оптимальному КПД гидротурбины. При вводе в работу предлагаемого устройства отпадает необходимость в устройстве автоматического ограничения открытия Н. А. по напору, поскольку при этом исключается возможность опасного повышения мощности гидротурбины при высоком напоре.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый автоматический регулятор скорости гидротурбины отличается тем, что он снабжен дополнительно устройством для автоматического ограничения максимального открытия Н. А. до оптимального КПД гидротурбины с автоматическим и оперативным выводом ограничения в режиме острого дефицита мощности в энергообъединении.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию новизны.

Автоматический регулятор скорости гидротурбины (фиг. 5) содержит блок управления 1, воздействующий на золотниковое устройство 3 через электрогидравлический преобразователь 2; золотниковое устройство, состоящее из блока золотников: побудительного, вспомогательного и главного, к полостям последнего подключен исполнительный гидропривод 4, действующий на изменение открытия Н. А; настроечный электропривод, (ограничитель открытия Н. А. ), служащий для выполнения операций открытия и закрытия Н. А. соответственно при пуске и останове агрегата, а также управление открытием Н. А. при неисправности регулятора; фиксатор 9, служащий для блокирования смещения исполнительного гидропривода в сторону открытия Н. А. при неисправности регулятора. Прямая связь от настроечного электропривода 8 к блоку золотников 3 осуществляется через рычаг 11, вал 10 и кинематические связи 12, 13. Обратная связь от исполнительного гидропривода 4 к блоку золотников 3 осуществляется тросовой передачей 16, сектором 15, валом 17 и рычагом 13.

Автоматический регулятор скорости гидротурбины дополнительно снабжен устройством ограничения максимального открытия Н. А. до оптимального КПД гидротурбины, содержащим профилированный подвижный упор, сочлененный с электроприводом 5, и фиксируемый в положениях введенного и выведенного ограничения концевыми выключателями 6а и 6б.

Сигналы управления электроприводом 5 формируются блоком управления 7. Электрическая схема блока 7 приведена на фиг. 6.

Устройство ограничения максимального открытия направляющего аппарата до оптимального КПД гидротурбины работает следующим образом. При вводе ограничения ключом 1 (фиг. 6) срабатывает реле 5, становится на самоподхват и включает электропривод, который перемещает профилированный упор до размыкания контакта 6б. При этом ограничивается конечный ход рычага 11 (фиг. 5) в положении максимального открытия Н. А. , соответствующего оптимального КПД гидротурбины. При выводе ограничения ключом 1 (фиг. 6) или автоматически контактами реле 2, 3 создается электрическая цепь для срабатывания реле 4, включающего электропривод 7, который перемещает упор 6 (фиг. 5) до размыкания концевого выключателя 6а. При этом снимается ограничение конечного хода рычага 11 (фиг. 5) и соответственно разрешается полное открытие Н. А.

Ввод в опытную эксплуатацию заявляемого устройства на Днепрогэс позволило обеспечить практически постоянную работу гидротурбин ГЭС в зоне оптимального КПД. Вывод ограничения открытия Н. А. по условию дефицита мощности составляет не более 5% от общего времени работы агрегатов в генераторном режиме.

Повышение КПД гидротурбин в сравнении с работой их до ввода устройства составило около 3,5% , что позволит выработать дополнительно 70 млн кВт. ч. в год.

При введенном в работу устройстве регулирование мощности станции осуществляется в основном изменением количества работающих агрегатов в генераторном и компенсаторном режимах.

Кроме экономической эффективности от повышения КПД гидротурбин ввод в работу предлагаемого устройства позволяет резко снизить расход электроэнергии на процессы регулирования и соответственно износ механической части системы регулирования гидротурбины.

Особенно благоприятно ввод в работу устройства скажется на работе поворотно-лопастных гидротурбин вследствие снижения износа уплотнений лопастей рабочего колеса и соответственно протечек масла через эти уплотнения.

Использование: для управления направляющим аппаратом гидротурбин. Сущность: автоматический регулятор скорости гидротурбины включает исполнительный гидродвигатель 4 для изменения открытия направляющего аппарата турбины, подключенный полостями к гидролиниям золотникового устройства 3, золотники которого кинематически связаны через электрогидравлический преобразователь 2 с блоком 1 управления, а через рычажную систему 12, 13 - с штоками настроечного электропривода 8 и фиксатора 9 открытия направляющего аппарата, опертыми на два рычага 11 указанной рычажной системы, соединенные с валом 10, на котором установлен третий рычаг, кинематически связанный с золотниками блока 3 золотников и с валом 17, соединенным передачей 16 обратной связи с исполнительным гидродвигателем 4, причем он снабжен устройством ограничения максимального открытия направляющего аппарата, выполненным в виде последовательно соединенных элемента 7 управления, дополнительного электропривода 5, профилированного подвижного упора 6 и двух установленных с возможностью взаимодействия с последним конечных выключателей 6а, 6б, причем рычаг, опертый с одной стороны на шток настроечного электропривода 8, оперт с другой стороны на профилированную поверхность подвижного упора 6. 6 ил.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ГИДРОТУРБИНЫ, содержащий исполнительный гидродвигатель для изменения открытия направляющего аппарата турбины, подключенный полостями к гидролиниям золотникового устройства, золотники которого кинематически связаны через электрогидравлический преобразователь с блоком управления, а через рычажную систему - со штоком настроечного электропривода и фиксатора открытия направляющего аппарата, опертыми на два рычага указанной рычажной системы, соединенные с валом, на котором установлен третий рычаг, кинематически связанный с золотниками блока золотников и с другим валом, соединенным передачей обратной связи с исполнительным гидродвигателем, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен устройством ограничения максимального открытия направляющего аппарата, выполненным в виде последовательно соединенных эдемента управления, дополнительного электропривода, профилированного подвижного упора и двух установленных с возможностью взаимодействия с последним конечных выключателей, причем рычаг, опертый с одной стороны на шток настроечного электропривода, оперт с другой стороны на профилированную поверхность подвижного упора.