Устройство для исследования работы регуляторов гидротурбин Советский патент 1946 года по МПК G01D21/00 

Предметом настоящего изобретеия является устройство для исслеования работы регуляторов гидроурбин, основаиное на восироизведении условий работы регулируемого объекта при помощи электрических моделей гидротурбины и трубопровода. При этом, согласно изобретению, в качестве модели гидротурбины приманен электрический интегратор, выполненный в виде ряда измерительных приборов электродинамического типа, подвижные раМКи которых укреплены на общей оси. Токи на выходе интегратора, пропорциональные угловой скорости подвижной системы последнего, предназначены для изменения частоты генератора, питаЮ1пего синхронный двигатель, приводящий во вращение центробежный маятник исследуемого рогулятора.

С целью воспроизведения явления гидравлического удара в качестве модели трубопровода гидротурбины применена схема замещения длинной линии, составленная из ряда емкостей и самоиндукций. В начале динии включен источгН1К тока, а в

конце-электронная лампа, работающая на верхнем загибе своей характеристики. Для изменения величины сеточного напряжения лампы использован щток порщня исследуемого регулятора. Падение напряжения на сопротивлении, включенном в анодную цепь лампы, использовано для .питания одной из рамок интегратора, возбул дение которой изменяется в зависимости от положения щтока исследуемого регулятора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на «отором изображена схема предлагаемого устройства, переходные процессы в котором описываются же уравнениями, что и процессы в гидротурбине.

Основными частями устройства являются:

а)электрический интеграто) /, выполнеп 1ый Ъ ряда измерительных приборов электродинамического типа, подвижные рамки которых укреплены на общей оси 12-12;

б)ламповый генератор 28 с усилителем 29;

в)синхронный двигатель 30; г)центробежный маятник 31; д)схема замещения Я, питаемая от источника тока 6 и служащая моделью трубопровода гидротурбины;е)электронная лампа 2, сеточное напряжение которой нзменяется в зависимости от положения штока 33 поршня исследуемого регулятора 32. Диференциальное уравнение гидрогенератора при работе машины бесконечной -мощности имеет вид do)od в r.- -f-JVc ,. (1) где Г,. - коэфициенг, определяемый постоянной времени машины и частотой; «2 - угловая скорость гидротурбины;t - время; (/в - мощность, затрачиваемая в демпферных обмотках и полюсных башмаках; 9 - угол ротора в радианах; yV, - синхронизирующая мощность в относительных единицах; N -МОЩНОСТЬ, развиваемая турбиной, в относительных единицах. Величина угловой скорости . определяется уравнением de й2 Ш|) + .) где .oJo - угловая скорость,соответствующая поминальномучислу оборотов, Д О) - изменение угловойскорости;1 - единичная функцияХевисайда. Подстановка значения шз в диференциальное уравнение гидрогенератора приводит последнее после преобразования к виду: d2 9 , Nz о® , Лб- . о 4-h - sin в Та dt Та .(д„,1, 2 а dt Вывод уравнений, описывающих переходные процессы в предлагае мом устройстве, может быть произ веден следующим образом. Если обозначить через /з ток в амке 23, находящейся в о/щородом магнитном поле электромагниа 22, ток возбуждения которого равен /3, то вращающий момент, ействующий иа подвижную систеу электрического интегратора / лагодаря взаимодействию токов 3 и /3 будет равен:& ., / sin Н де 0 - угол отклонения рамки 3 от того положения, в котором ее пронизывает максимальное число магнитных силовых линий. Ток на выходе усилителя 26, вход которого присоединен к рамке 17 (вращающейся в радиальном магнитном поле постоянного магнита Усили/6), пропорционален тель 26 используется для пита} ия рамки 19. Если обозначить через /о ток возбуждения электромагнита 18, то создаваемый им вращающий момент будет равен: dQ -dt Вращающий момент, создаваемый электромагнитом 24, равен: с /-1 /.1, где г.| ток в рамке 25, а /-1 - ток возбуждения электромагнита 24. Таким образом уравнение движения подвижной системы интегратора / будет иметь вид: j dQ Ъ dr- 7 /3 sin 0 - + где / - момент инерции подвижной системы. Сравнивая уравнения (3) и (4), легко видеть, что уравнения машины и интегратора будут аналогичны, если kI. -Л . У Га J Tot J Га Регулировка токов /з, /з и /г производится при помощи реостатов 9, 10, 11. Последний член в правой части уравнения (2) соответствует начальной скорости подвижной системы интегратора. Рассмотрим -теперь выражение для мощности yV|, развиваемой на валу турбины. Если обозначить через Уистеч скорость истечения воды из трубопровода, а через v - скорость воды перед задвинской, то V S - VacTen р, где S; - поперечное сечение трубопровода, а,о - от крытие. Но , где Я-напор. Следовательно, v k,fV Н .(5) Мощность на валу турбины равна: Q Н - г „стеч. р Н fi р -fo . г; . я.(6) Таким образом, если предполол ить, что ток 4 на конце схемы замещения // пропорционален скорости V, а напряжение е на конец схемы замещения пропорционально напору Н, то легко достигнуть того, чтобы на подвижную систему интегратора действовал вращающий момент, пропорциональный То V Н. Для этого необходимо рамку 25 электромагнита 24 включить последовательно со схемой замещения, а обмотку возбуждения электромагнита 24 питать от усилителя 8, создающего на выходе ток 1., пропорциональный напряжению е на его входе. Граничному условию (5) на ко1ще трубопровода соответствует граничное условие на конце ,хемы //: г m р У е, ,(7) где р - проводимость схемы, включенной на конце схемы замещения, а т, - постоянная. Так как точное осуществление равенства (7) электрическим способом затруднительно, то можно, положив .А.е, разложить (7i в ряд. Ограничиваясь двумя первыми членами,, имеем: 4 г т рГео+ - Д е J . Из уравнения (8) следует, что ток /,) должен состоять из двух составляющих, первая из которых зависит от открытия о или положения порщня сервомотора, а вторая как от открытия, так и от наирял ения на конце схемы //. /1лн получення составляющей i° используется пентод 2, работающий в той части своей характеристики, в которой его анодный ток не зависит от анодного напряжения и линейно зависит от сеточного напряжения. Сеточное напряжение нентода 2 изменяется поршнем 33 сервомотора, передвигающего движок реостата 3. Для получения составляющей // параллельно пентоду 2 включено сопротивление 5. Напряжение батареи 7 подобрано так, чтобы в установивщемся режиме напряжение на зажимах реостата 5 равнялось нулю. При переходных процессах ток, протекающий через реостат 5, будет пропорционален к о . Д с , где & - положение реостата 5, у. -постоянная, а Де -повьпнение (или понижение) напряжения в конце схемы //. Движок реостата 5, так же как и движок реостата 3, передвигается порщнем сервомотора. Соединение между движками реостатов 3 и 5 - только механическое, но не электрическое. Интегратор / приводит в действие регулятор скорости 32 при помощи лампового генератора 28 с усилителем 29, питающим реактивиый мотор 30 центробежного маятника 31. Изменение частоты лампового генератора 28 пропорционально угловой скорости интегратора /. Изменение частоты лампового генератора производится при помощи дросселя с подмагничиванием, имеющего четыре обмотки: обмотку подмагничивания 27, питаемую от усилителя 26. обмотку нодмагничивания 15, обмотку обратной связи 13 и обмотку 14, включенную в колебательный контур лампового генератора. При отсутствии тока в обмотке 27 и при некотором постоянном токе подмагничивания в обмотке 15 ламповый генератор дает на выходе пе. Шо гт ременный ток частотон ,т- ; При появлении в обмотке подмагничивания 27 тока, пропорционального