СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПАРОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F01D17/20 

Изобретение относится к области регулирования частоты вращения тепловых машин, в частности, паровых винтовых машин (ПВМ).

Известна система регулирования частоты вращения паровой машины, снабженной впускным и выпускным патрубками для пара, содержащая установленный на впускном патрубке регулирующий орган, внутри которого размещены соединенные между собой паровой клапан и паровой сервопоршень, установленный в сервоцилиндре и образующий в нем регулирующую и уравновешивающую паровую полости, электронный регулятор с подключенным к нему датчиком частоты вращения вала паровой машины, электрогидравлический преобразователь, электрический вход которого связан с выходом электронного регулятора. /1/
Недостатком данной системы являются повышенные потери давления на регулирующем органе и малое быстродействие вследствие того, что паровой сервопоршень работает под действием перепада давления на входе и выходе регулирующего органа.

Целью изобретения является уменьшение потерь давления пара на регулирующем органе и соответствующее повышение мощности ПВМ.

Указанная цель достигается тем, что в качестве паровой машины использована паровая винтовая машина, паровой клапан выполнен двухседельным, регулирующая и уравновешивающающая паровые полости сервоцилиндра связана через дроссель, к регулирующей паровой полости подключен канал с установленным в нем управляющим паровым клапаном, а система содержит шестеренчатый масляный насос с приводом от вала паровой винтовой машины, чувствительный элемент, содержащий напорную и сливную масляные полости, разделенные мембраной, связанной с управляющим паровым клапаном, датчик перепада давления масла, выполненный в виде жиклера, вход которого связан с нагнетательной магистралью масляного насоса и с напорной масляной полостью чувствительного элемента, а выход - со сливной полостью чувствительного элемента, гидравлический выход электрогидравлического преобразователя связан со сливной полостью чувствительного элемента, уравновешивающая паровая полость подключена к входу регулирующего органа, а канал регулирующей паровой полости подключен к выпускному патрубку паровой винтовой машины, кроме того система дополнительно содержит соединенные между собой электромагнитный соленоид и двухпозиционный золотниковый паровой кран, вход которого подключен к каналу регулирующей паровой полости, один выход - к выпускному патрубку паровой винтовой машины, а другой выход - к входу регулирующего органа.

На чертеже представлена схема регулирования. Система содержит регулирующий орган 1, внутри которого содержится паровой двухседельный клапан 2, паровой сервопоршень 3, подпружиненный пружиной 4. Поршень 3 находится в сервоцилиндре и образует в нем регулирующую 5 и уравновешивающую 6 паровые полости. Эти полости связаны между собой через дроссель 7. Уравновешивающая полость 6 сообщена с входом регулирующего органа. К регулирующей полости 5 подключен канал 8, который перекрывается управляющим паровым клапаном 9. ПВМ 10 является объектом регулирования и имеет впускной 11 и выпускной 12 патрубки для подачи и отвода пара. На впускном патрубке 11 располагается регулирующий орган 1. На валу ПВМ 10 установлен масляный насос 13 и индукционный датчик 14 частоты вращения. Система имеет чувствительный элемент 15, содержащий мембрану 16, подпружиненную пружиной 17. Мембрана 16 при помощи штока связана с управляющим паровым клапаном 9. Мембрана 16 делит внутреннее пространство чувствительного элемента 15 и напорную 18 и сливную 19 масляные полости. Система регулирования кроме датчика 14 имеет датчик перепада давления масла, который также является датчиком частоты вращения. Датчик перепада давления масла выполнен в виде жиклера 20, вход которого связан с нагнетательной магистралью 21 масляного насоса 13 и с напорной масляной полостью 18 чувствительного элемента 15, а выход - со сливной масляной полостью 19. Система также содержит электронный регулятор 22, который связан с датчиком 14, и электрогидравлический преобразователь 23. Электрический вход преобразователя 23 связан с выходом электронного регулятора 22, а гидравлический выход - со сливной полостью 19 чувствительного элемента 15. Система имеет двухпозиционный золотниковый паровой кран 24 с электромагнитным соленоидом 25. Вход крана 24 сообщен с каналом 8, один выход - с выпускным патрубком 12, а другой выход - с входом регулирующего органа 1.

Система работает следующим образом. Система имеет два контура регулирования: парогидравлический и корректирующий электронный. Рассмотрим работу парогидравлического контура.

Производительность масляного насоса от частоты вращения вала ПВМ имеет вид
Q = K₁•n,
где K₁ - постоянный коэффициент. С другой стороны, расход масла через жиклер 20 записывается так

где ΔP - перепад давления на жиклере;
K₂ - постоянный коэффициент.

Сопоставляя (1) и (2), имеем

На этом принципе формируется гидравлический сигнал частоты вращения.

Этот сигнал реализуется как перепад давления на мембране 16. Положение мембраны 16 настраивается на заданную номинальную частоту вращения ПВМ с помощью пружины 17. При изменении прогиба мембраны 16 изменяется положение управляющего клапана 9, а следовательно, и давление пара в полости 5. Это давление зависит от соотношения проходного сечения дросселя 7 и степени открытия клапана 9. Под действием изменившегося перепада давления в полостях 5 и 6 сервопоршень 3 переместится, открывая или закрывая двухседельный клапан 2, изменяя тем самым подачу пара в ПВМ до тех пор, пока не установится равновесие положение на мембране 16.

Электронный корректирующий контур работает одновременно с парогидравлическим. Датчик 14 частоты вращения передает свой сигнал в электронный регулятор 22, который вырабатывает электрический сигнал для электрогидравлического преобразователя 23. Последний под действием этого сигнала изменяет проходное сечение для прохода масла и тем самым корректирует давление в сливной полости 19 чувствительного элемента 15.

При возникновении аварийной ситуации останов ПВМ осуществляется по электрической команде, поступающей на соленоид 25. Последний переводит двухпозиционный золотниковый кран 24 из нормального положения, когда канал 8 сообщен с выпускным патрубком 12, в аварийное, когда канал 8 сообщается с входом в регулирующий орган 1. В этом случае давление в полостях 5 и 6 выравнивается, и под действием пружины 4 сервопоршень 3 закрывает двухседельный клапан 2, прекращая доступ пара в ПВМ.

В предлагаемой системе регулирования в отличие от прототипа практически отсутствует перепад давления на регулирующем органе 1, а следовательно, более полно используется энергия пара в ПВМ.

Система предназначена для регулирования частоты вращения паровой машины. Система имеет два контура регулирования: парогидравлический и корректирующий электронный. Гидравлический сигнал частоты вращения формируется от давления масляного насоса, связанного с валом паровой винтовой машины (ПВМ). Этот сигнал поступает на чувствительный элемент в виде мембраны, которая управляет клапаном, регулирующим давление в полости парового сервоцилиндра. Последний воздействует на двухседельный клапан, перекрывающий поступление пара в ПВМ. Электрический сигнал частоты вращения установленного на валу ПВМ поступает в электронный регулятор, который вырабатывает сигнал для электрогидравлического преобразователя. Последний корректирует давление на чувствительном элементе. Такое выполнение системы позволяет уменьшить потери давления пара на регулирующем органе и соответственно повысить мощность ПВМ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система регулирования частоты вращения паровой машины, снабженной впускным и выпускным патрубками для пара, содержащая установленный на впускном патрубке регулирующий орган, внутри которого размещены соединенные между собой паровой клапан и паровой сервопоршень, установленный в сервоцилиндре и образующий в нем регулирующую и уравновешивающую паровые полости, электронный регулятор с подключенным к нему датчиком частоты вращения вала паровой машины, электрогидравлический преобразователь, электрический вход которого связан с выходом электронного регулятора, отличающаяся тем, что в качестве паровой машины использована винтовая паровая машина, паровой клапан выполнен двухседельным, регулирующая и уравновешивающая паровые полости сервоцилиндра связаны через дроссель, к регулирующей паровой полости подключен канал с установленными в нем управляющим паровым клапаном, а система содержит шестеренчатый масляный насос с приводом от вала паровой винтовой машины, чувствительный элемент, содержащий напорную и сливную масляные полости, разделенные мембраной, связанной с управляющим паровым клапаном, датчик перепада давления масла, выполненный в виде жиклера, вход которого связан с нагнетательной магистралью масляного насоса и с напорной масляной полостью чувствительного элемента, а выход - со сливной полостью чувствительного элемента, гидравлический выход электрогидравлического преобразователя связан со сливной полостью чувствительного элемента, уравновешивающая паровая полость подключена к входу регулирующего органа, а канал регулирующей паровой полости подключен к выпускному патрубку паровой винтовой машины.