СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТОМ Советский патент 1994 года по МПК F01D15/10 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для регулирования скорости вращения турбоагрегата, например турбогенератора.

Известна система управления турбоагрегатом, содержащая центробежный датчик скорости вращения, связанный с гидроусилителем в виде золотника с гильзой, установленным в магистрали питания гидроцилиндра, поршень которого кинематически связан с регулирующим органом турбоагрегата, и гидравлическую изодромную обратную связь, выполненную в виде золотника, связанного кинематически с гильзой гидроусилителя и гидравлически - с поршнем гидроцилиндра.

Недостатком такой системы является невозможность ее применения в агрегатах, для которых требуется большой ход поршня гидроцилиндра и большой коэффициент обратной связи, из-за повышенных забросов и провалов регулируемой величины (скорости вращения) в переходных процессах.

Известна также система управления турбоагрегатом, содержащая центробежный датчик скорости вращения, связанный с гидроусилителем, установленным в магистрали питания гидроцилиндра регулирующего органа, и гидравлическую изодромную обратную связь, выполненную в виде соединенного с гидроусилителем размещенного в гильзе золотника, гидравлически связанного с замкнутой полостью поршня гидроцилиндра и имеющего кольцевую проточку, сообщаемую попеременно с окнами высокого давления и слива, выполненными в гильзе.

В известной системе кольцевая проточка золотника обратной связи сообщается с замкнутой полостью через дроссельный пакет, а против забросов и провалов скорости вращения в переходных процессах предусмотрены клапаны, открываемые золотником обратной связи при больших его отклонениях от равновесного положения и сообщающие замкнутую полость с высоким давлением или со сливом.

Такое выполнение системы управления конструктивно сложно из-за наличия двух дополнительных клапанов и дроссельного пакета.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности системы управления турбоагрегатом.

Цель достигается тем, что в гильзе выполнены кольцевая выточка и связанный с ней и проточкой обводной канал, а в золотнике - радиальные каналы, расположенные по обе стороны от выточки, и осевой канал, сообщающий радиальные каналы между собой и с замкнутой полостью поршня гидроцилиндра.

На чертеже схематично изображена данная система управления турбогенератором.

Система управления содержит центробежный датчик 1 скорости вращения, приводимый от вала турбогенератора.

Датчик 1 связан через иглу 2 с маятником 3 гидроусилителя, распределительная пята 4 которого при помощи каналов 5 и 6 сообщена соответственно с полостями 7 и 8 гидроцилиндра 9. Поршень 10 гидроцилиндра 9 через шток 11 и передачу 12 кинематически связан с регулирующим органом турбогенератора, выполненным в виде дроссельной заслонки 13, установленной в магистрали 14 подвода рабочего воздуха к турбине турбогенератора (на чертеже не показана). В маятнике 3 против распределительной пяты 4 выполнена камера 15. В пяте 4 между каналами 5 и 6 выполнен канал 16, подключенный к магистрали 17 питания гидроцилиндра 9 от насоса высокого давления (на чертеже не показан). Маятник 3 нагружен пружиной 18, усилие которой регулируется винтом 19 настройки.

В системе имеется гидравлическая изодромная обратная связь, выполненная в виде золотника 20, связанного через пружину 21 с маятником 3 гидроусилителя. Золотник 20 гидравлически связан через замкнутую полость 22 с вспомогательным поршнем 23, шток 24 которого контактирует со штоком 11 поршня 10. Золотник 20 установлен в гильзе 25, в которой выполнены окно 26 высокого давления, подключенное к магистрали 17 питания, окно 27 слива, обводной канала 28 и кольцевая выточка 29. На золотнике 20 выполнена проточка 30 и дополнительная проточка 31, сообщенные между собой при помощи осевого 32 и радиальных 33 и 34 отверстий. В золотнике 20 также выполнены радиальные каналы 35 и 36, расположенные с разных сторон кольцевой выточки 29 гильзы 25, и осевой канал 37, соединяющий радиальные каналы 35 и 36 друг с другом и с замкнутой полостью 22. Окно 26 высокого давления и окно 27 слива расположены с разных сторон проточки 30.

Работа системы происходит следующим образом.

На чертеже система изображена при установившемся режиме работы турбогенератора.

При этом маятник 3 находится в равновесии под действием пружин 18 и 21 и центробежного датчика 1 и перекрывает каналы 5 и 6, вследствие чего поршень 10 неподвижен, а связанная с ним дроссельная заслонка находится в требуемом положении, обеспечивающем расход рабочего воздуха через магистраль 14 к турбине, необходимый для поддержания постоянной скорости вращения турбогенератора. Золотник 20 также неподвижен и находится в нейтральном положении. В это время проточка 30 разобщена с окнами 26 и 27 и сообщена только через обводной канал 28 с кольцевой выточкой 29, которая перекрыта золотником 20 и отделена от радиальных каналов 35 и 36. Давление во всех каналах и в проточке 30 устанавливается вследствие перетечек по зазору между золотником 20 и гильзой 25, равным давлению в замкнутой полости 22. Это давление по величине меньше давления в магистрали питания и уравновешивает усилие пружины 21 на золотник 20.

При небольшом увеличении скорости вращения турбогенератора, например, вследствие уменьшения нагрузки маятник 3 под действием центробежного датчика 1 поворачивается по часовой стрелке так, что камера 15 сообщает канал 16 с каналом 5, а канал 6 - со сливом. Вследствие этого в полость 7 из магистрали питания 17 поступает жидкость под высоким давлением, и поршень 10 смещается влево, вытесняя жидкость из полости 8 на слив. Дроссельная заслонка 13 поворачивается, уменьшая проходное сечение магистрали 14. Подача воздуха к турбине уменьшается, обеспечивая снижение скорости вращения турбогенератора. Одновременно со смещением поршня 10 происходит смещение вспомогательного поршня 23, который жидкостью, находящейся в замкнутой полости 22, перемещает золотник 20 вправо на небольшую величину, сжимая пружину 21 и восстанавливая равновесие маятника 3 раньше окончательного восстановления скорости вращения турбогенератора, обеспечивая таким образом устойчивость регулирования.

Вследствие небольшого перемещения золотника 20 вправо от нейтрального положения его проточка 30 сообщает через обводной канал 28 выточку 29 с окном слива 27. Из замкнутой полости 22 жидкость перетекает в эту выточку и далее на слив через зазор между золотником 20 и гильзой 25, обеспечивая постепенное возвращение золотника 20 в нейтральное положение и предотвращая таким образом статическую ошибку регулирования.

При небольшом уменьшении скорости вращения турбогенератора смещение элементов системы происходит в противоположную сторону. При этом выточка 29 соединяется через обводной канал 28 и проточку 30 с окном 26 высокого давления, вследствие чего жидкость через зазоры между золотником 20 и гильзой 25 поступает в замкнутую полость 22, возвращая золотник 20 в нейтральное положение. При резком изменении скорости вращения вследствие резкого изменения нагрузки происходит смещение поршня 10 на большую величину.

При этом золотник 20 также смещается на большую величину вправо или влево, в связи с чем выточка 29 соединяется с одним из радиальных каналов 35 или 36. При дальнейшем движении поршня 10 в том же направлении смещения золотника 20 не происходит, так как замкнутая полость 22 сообщена с окном 26 высокого давления или с окном 27 слива с малым гидравлическим сопротивлением. Этим предотвращаются большие забросы или провалы скорости вращения в переходных процессах. По окончанию движения поршня 10 золотник 20 под действием давления в полости 22 или под действием пружины 21 смещается в сторону нейтрального положения и радиальный канал (35 или 36) отсоединяется от выточки 29. В дальнейшем происходит постепенное возвращение золотника 20 в нейтральное положение, как было описано выше.

Дополнительная проточка 31 предотвращает непосредственный переток жидкости из окна 26 высокого давления в радиальный канал 36 и далее в замкнутую полость 22.

Таким образом, такое выполнение системы управления обеспечивает устойчивость регулирования, необходимую точность поддержания скорости вращения и уменьшение забросов при переходных процессах при простом ее конструктивном выполнении.

При этом вследствие небольшого количества подвижных элементов в системе повышается надежность ее работы.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТОМ, содержащая центробежный датчик скорости вращения, связанный с гидроусилителем, установленным в магистрали питания гидроцилиндра регулирующего органа, и гидравлическую изодромную обратную связь, выполненную в виде соединенного с гидроусилителем размещенного в гильзе золотника, гидравлически связанного с замкнутой полостью поршня гидроцилиндра и имеющего кольцевую проточку, сообщаемую попеременно с окнами высокого давления и слива, выполненными в гильзе, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, в гильзе выполнены кольцевая выточка и связанный с ней и проточкой обводной канал, а в золотнике - радиальные каналы, расположенные по обе стороны от выточки, и осевой канал, сообщающий радиальные каналы между собой и замкнутой полостью поршня гидроцилиндра.