Управляющий элемент сервомотора системы регулирования турбины Советский патент 1977 года по МПК F01D17/26 

Изобретение относится к области регулирования паровых и газовых турбин и может быть иснользовано для управления сервомоторами промежуточного или выходного усиления систем регулирования.

Известны управляющие элементы сервомоторов системы регулирования турбин, выполненные в виде цилиндрических золотников 1. При перемещении золотника нолости сервомотора сообщаются с подводом или сливом рабочей жидкости, что вызывает перемещение порщня сервомотора.

Трение между золотником и буксой и износ кромок золотника снижают надежность систем регулирования, усложняют и удорожают ремонт.

Известен также управляющий элемент сервомотора системы регулирования турбины, содержащий жестко соединенные между собой и размещенные в корпусе два клапана, патрубок с соплом для подвода рабочей жидкости в полость серво.мотора и патрубок для слива жидкости из этой полости 2. Упомянутые два кланана, управляюн ие подводом и сливом жидкости из полости сервомотора, соединены рычажной передачей с командным элементом и сервомотором. Этот управляющий элемент является ближайшим к данному по технической сущности и достигаемому результату.

2

Недостатком такого элемента следует счнтать то, что клапаны не разгружены от гидравлических усилий, и, кроме того, в направляющих щтоках и щарнирах возникают значительные силы трения, которые могут вызвать заклинивание, что снижает надежность системы регулирования.

Пель изобретения - повыщение надежности управляюидего элемента сервомотора нутем разгрузки от гпдравлических и сил трения.

Для этого основные клапаны подвещены к корпусу на мембранах, патрубок для слива рабочей жидкости снабжен соплом, площадь

которого равна площади сопла в патрубке для подвода жидкости, а против обоих сопл установлены дополнительные клапаны, подвешенные на мембранах к основным кланапа м.

На чертеже схематически изображен данный управляюпдий элемент.

В корпусе 1 размещены жестко соединенные между собой основные клапаны 2 н 3,

установленные на опоре 4. Патрубок 5 и сопло 6 предназначены для подвода рабочей «сидкости в усилитель и далее в полость сервомотора (на чертеже не показан), патрубок 7 - для слива жидкости из усилителя и полости сервомотора.

Клапаны 2 и 3 подвешены к корпусу 1 на нсупругих мембранах 8 и 9. Патрубок 7 для слива жидкости снабжен соплом 10, площадь которого равна площади сопла 6. В центральной части клапана 2 расположен дополнительный клапан 11, подвещенный к основному клапану 2 на мембране 12, а в центральной части клапана 3 - дополнительный клапан 13, подвещенный к клапану 3 на мембране 14.

Опора 4 жестко связана с помощью штока 15 с диском 16 (жестким центром мембраны 9). На штоке 15 установлен клапан 17, предназначенный для управления давлением в камере 18 под диском 16. Давление в камере 18 определяется соотношением площадей отверстия 19 и сливного отверстия 20. Патрубок 21 служит для сообщения с устройством обратной связи. Камера 22 над диском 16 используется для подвода гидравлической команды в виде изменения давления, например, от регулятора пли промежуточного элемента системы регулирования.

В мембране 8 выполнены отверстия 23 для слива жидкости. Таким образом, мембрана 9 только центрирует положение опоры 4 и клапанов 2 и 3, но не разобпдает камеры 24 и 25.

Дополнительные клапаны И и 13 с большими зазорами надеты на щток 15. Движение клапана 11 вверх ограничено заплечиком 26 на штоке 15, а вниз - не ограничено ничем. В клапане 11 выполнено отверстие 27 для выравнивания давления по обе стороны от него. В клапане 13 есть отверстие 28, сообщающее полость 29 над ним со сливным патрубком 7. Отверстие 30 малого диаметра соединяет полость 29 с камерой 24. Размеры отверстий 28 и 30 подбираются так, чтобы в полости 29 создавалось расчетное давление Я, выбираемое из условия:

K,P,,P,(D-Dl),

где PI - давление в полости 29;

D - наружный диаметр мембраны 14; PC - давление в камере 24; DO - диаметр сопла 10;

/С| и К.Ч- коэффициенты, величина которых зависит от сопротивлений отверстий 28 и 30.

Камера 24 сообщается с полостью сервомотора с помощью патрубка 31.

Действие управляющего элемеита можно проследить на примере передачи импульса в камеру 22 в виде иовыщения давления. Обычно все схемы гидравлического регзлирования строятся так, чтобы повышение давления соответствовало повыщению нагрузки, т. е. открытию регулирующих органов.

В случае иовыщения давления в камере 22 диск 16 перемещается вниз. Клапан 17 увеличивает пропуск жидкости в камеру 18 и тем тормозит двил :ение диска 16 (самовыключение). При перемещении диска 16 щток 15 перемещает опору 4 вниз. Подвод жидкости в

камеру 24 увеличивается, а слив из этой камеры уменьшается. Это приводит к росту давления в камере 25, что, в свою очередь, вызывает перемещение поршня сервомотора в сторону открытия. При движении поршня в этом направлении регулирующий орган обратной связи (не показан) прикрывает слив патрубка 21, в результате давление в камере 18 повыщается и диск 16 возвращается в исходное положение.

Если требуется более быстрое увеличение нагрузки и рост давления в камере 22 становится относительно большим, то соответственно большим будет перемещение диска 16 и штока 15. Суммарный зазор между седлами (торцами сопл 6 и 10) и клапанами 11 и 13 может оказаться меньше перемещения щтока

15и опоры 4. Клапан 13 прижимается к седлу. При дальнейщем перемещении опоры 4 клапан 13 перемещается вверх по щтоку 15, что приводит к дополнительному повышенному открытию клапана 11 и сохранению закрытого положения клапана 13. Движение диска

16несколько тормозится, так что действующему на него усилию из камеры 22 придется преодолеть усилие прижатия клапана 13 к заплечику 26 щтока 15.

По это усилие, выбираемое по приведенной формуле, может быть принято относительно малым.

Так же происходит действие управляющего элемента при сбросе нагрузки с управляемого агрегата -уменьшении давления в камере 22. При равенстве диаметров дополнительных клапанов II и 13 и мембран 12 и 14 полностью исключается воздействие давления в камере 25 на щток 15. Далее при равенстве этих диаметров па щток 15 действует полное

.Dl

усилие Р(

где РО - давление в камере

32, а DI - диаметр сопла 6.

Это усилие уравновешивается соответствующим увеличением давления в камере 18, т. е. уравнение равновесия будет (без учета давления на клапан 17 и щток 15)

r.D

,

+ Лгде РП -давлеиие в камере 18;

D - наружный диаметр мембраны 9; Ру - давление в камере 22. Но поскольку управляющее зсилие на диск 16 создается потоком, питаемым от общего источника иитапия системы регулирования с давлением нагнетания, то изменение этого давления пе может нарущить равновесия сил на щток 15, так как Ру и Рц изменяются пропорционально изменению давления нагнетания.

В данном управляющем элементе сохраняются все преимущества цилиндрического золотника, но в нем полностью устранены трущиеся пары и значительно упрощен и удещевлен ремонт. При износе отсекающих кромок