Система регулирования частоты вращения судовой турбины Советский патент 1982 года по МПК F01D17/20 

Изобретение относится к судовой энергетике и может быть использовано в системах автоматического регулирова ния частоты вращения судовой турбины. Известна система регулирования час тоты вращения судовой турбины, содержащая задатчик с источником питания, последовательно соединенные корректирующий блок, орган сравнения и привод клапанов переднего и заднего хода выход которого через датчик положения соединен с вторым входом органа сравнения, а также первый и второй датчики частоты вращения, подключенные выходами через индикатор направления вращения и переключатель знака к одному из входов корректирующего блока, и счетный триггер, подключенный входами к выходу первого датчика частоты вращения tllНедостатки известной системы - огр ниченный диапазон регулирования частоты вращения и низкое быстродействие Цель изобретения - повышение точности, быстродействия системы и расширение ее диапазона регулирования. Поставленная цель достигается тем, что система дополнительно содержит первый и второй преобразователи время-код, первый и второй блоки схем И, блок схем ИЛИ, блок пороговых элементов, управляемый делитель напряжения , связанный с входом переключателя знака, генератор опорной частоты и множительный цифро-аналоговый преобразователь, подключенный одним из входов к выходу задатчика, другими - к выходам блока схем ИЛИ, а выходом - к одному из входов корректирующего блока, причем выход задатчика соединен с входами элемента сравнения и блока пороговых элементов, связанного выходами с входами делителя напряжения и первого и второго преобразователей, соединенных остальными входами с выходами генератора опорной частоты и соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, а выходами - с входами соответствующих блоков схем И, выходы которых подключены к входам блока элементов ИЛИ, а вторые входы соответственно - к инверсному и прямому выходам счетного триггера. Каждый преобразователь время-код выполнен в виде последовательно соединенных мультивибратора, инвертора, схемы совпадения, делителя частоты и счетчика импульсов, причем вторые входы делителя и счетчика подключены к выходу мультивибратора. На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы. Система содержит задатчик 1 с источником 2 питания, корректирующий блок 3, орган k сравнения, привод 5 клапанов переднегои заднего хода, датчик 6 положения, первый и второй датчики 7 и 8 частоты вращения, инди катор 9 направления вращения, пере-, ключатель 10 знака, счетный триггер 11 первый и второй преобразователи 12 и 13 время-код, первый и второй блоки 1 и 15 схем И, блок 16 схем ИЛИ, блок 17 пороговых элементов, управля емый делитель 18 напряжения, генератор 19 опорной частоты и множительны цифро-аналоговый преобразователь 20. Каждый из преобразователей 12 и 1 время-код выполнен в виде соответстеен но мультивибратора 21, 22, инвертора 23, 2, схемы 25, 2б совпадения, делителя 27, 28 частоты и счетчика 2 30 импульсов. На чертеже позицией 31 обозначена . турбина. Система работает следующим образо В исходном состоянии сигнал U на выходе задатчика 1 равен нулю, оба счетчика 29 и 30 находятся в нулевых поло : ениях и выходное напряжение множительного цифро-аналогового прео разопателя 20 также равно нулю ( При и О на выходе блока 17 порЬговых элементов действует напряжение, при котором коэффициент К передачи делителя 18 напряжения равен нулю ( о) и независимо от состояния п реключателя 10 знака напряжение пита ния и задатчика 1 не проходит на ор ган t сравнения и на корректирующий блок 3. Поскольку на обоих входах бл ка 3 действуют нулевые напряжения, то сигнал DS на выходе этого блока отсутствует (U О), и суммарный задающий сигнал 0 привода 5 клапанов переднего и заднего хода равен нулю , 0). В результате клапаны переднего и заднего хода закрыты, напряжение Cf датчика 6 положения равно О (и и р 0) и турбина 31 неподвижна. При наличии сигнала задания ( о) привод 5 перемещается, обеспечивая подачу пара через клапан переднего или заднего хода в зависимости от знака U и вал турбины 31 вращается в соответствующем направлении. Частота вращения вала о) определяется поло чением привода 5, которое задается грубо по принципу следящего управления с помощью прямой подачи сигнала задания У на вход привода 5. Точная, установка и автоматическое поддержание заданной частоты в соответствии с заданием осуществляется по принципу регулирования по отклонению с помощью корректирующего сигнала, вырабатываемого корректирующим бло- . ком 3. Формирование сигнала отклонения частоты вращения от заданного значения осуществляется косвенным методом путем сравнения произведения сигнала задания U и периода Т частотного сигнала на выходе датчика 7 с некоторой уставкой. Вычисление указанного произведения обеспечивает множительный цифро-аналоговый преобразователь 20. Первый сомножитель напряжение поступает на аналоговый вход преобразователя 20 непосредственно с задатчика 1, второй Т подается на дискретные входы преобразователя 20 в виде параллельного двоичного кода, вырабатываемого поочередно преобразователями 12 и 13 время-код, измеряющими нечетные и четные периоды частотного сигнала. Чередование периодов работы преобразователей 12 и 13 время-код обеспечивает счетный- триггер 11, который управляет схемами 25 и 26 совпадений на входах делителей 27 28 частоты и выходах счетчиков 29 30. В нечетные периоды частотного сигнала на выходе датчика 7 счетный три| гер 11 устанавливается в положение, при котором на его прямом ct выходе действует единичный (oL 1), а -на инверсном о1 - нулевой (оГ 0) логические сигналы. При этом в начале каждого нечетного периода при появлении единичного сигнала на прямом выходе ждущий мультивибратор 21 формирует короткий импульс с длительностью пренебрежимо малой по сравнению с измеря емым периодом, с помощью которого про изводится сброс в нулевое положение делителя 27 частоты и счетчика 29. Во время действия импульса ждущего мультивибратора 21 инвертор 23 закрывает схему 25 совгпадений, предотвращая прохождение счетных импульсов на вход делителя 27 частоты, В нечетные периоды после окончания импульса ждущего мультивибратора 21 схема 25 совпадений пропускает импульсы генератора 19 опорной частоты на вход делителя 27 частоты и преобразователь 12 с первым счетчиком 29 работает в режиме измерения нечетных периодов. Число импульсов N, фиксируемое счетчиком 29 в конце нечетных периодов определяется выражением N 1.дТ где fo - частота импульсов генератора 19; .-коэффициент деления делителя 27(), т.е. прямо пропорционально периоду Т и обратно пропорционально регулируемой частоте uj (ш) Л/ 1 -.- - J, где коэффициент пропорциональности вращения вала турбины 3 Поскольку схемы И блока 1,подключенные к выходам первого счетчика 29 заблокированы нулевым сигналом cL с инверсного выхода триггера 11, счетчик 29 отключен от цифро-аналогового преобразователя 20. В то же время нулевой сигнал d блокирует схему 2б совпадений.на входе делителя 28 частоты второго преобразователя 13 время-код, и счетчик 30 находится в ре) хранения. Параллельный двоич ный код, зафиксированный в этом счетчике в предыдущий четный период, через блок 15 схем Н, открытых единичным сигналом oL с прямого выхода счетного триггера 11, и через схемы ИЛИ блока 16 поступает на цифро-аналоговый преобразователь 20. .В четные периоды триггер 11 устанавливается в противоположное состоят ние (о О, cZ ) , Единичный сигнал ci открывает схемы И блока 14, а схема 25 совпадений блокируется нулевым сигналом d., В результате в четные периоды преобразователь 12 со счетчиком 29 находится в режиме хранения и код, зафиксированный в счетчике 29 в предыдущие нечетные периоды, через схемы 11 блока 1f и схемы ИЛИ блока 16 передается, на входы цифро-аналогового преобразователя 20. В четные периоды второй преобразователь 13 время-код со счетчиком 30 работает в режиме измерения и выходы счетчика 30 отключены от цифро-аналогового преобразователя 20. Идущий мультивибратор 22 и инвертор 2k выполняет те же .функции, что и соответствующие элементы в первом преобразователе 12 время-код. Таким образом, счетчики 29-и 30 поочередно подключаются к дискретным . входам множительного цифро-аналогового преобразователя 20 и на выходе этого преобразователя вырабатывается напряжение, пропорциональное произведению и и Т,, т.е. 10 . , где k-2;o- коэффициент пропорциональности преобразователя 20. При этом знак напряжения U2QCOOTBeTCT- вует знаку напряжения задания U. Напряжение U20 сравнивается на входе блока 3 с напряжением Ц. Благодаря использованию переключателя 10 -знака, который управляется индикатором 9 направления вращения, знак напряжения .-Определяется напряжением вращения вала и в установившемся режиме противоположен знаку U20. В установившемся режиме - H4o A o iTJ-Ne 2(hol)-OTч -1 сюда частота вращения uj.,f-7;-Katrr-i т.е. регулируемая частота прямо пропорциональна напряжению задания U/|, причем коэффициент пропорциональности зависит от отношения коэффициентов передачи делителя частоты и де- лителя напряжения . При колебаниях напряжения питания и относительные изменения напряжений и и и одинаковы. Благодаря этому достигается компенсация погрешностей от нестабильности напряжения, питающего задатчик, ито имеет важное практическое значение. При отклонении частоты ш от задан ного значения между напряжениями и на входах блока 3 возникает рассогласование . Это рассогласование усиливается блоком 3, который в соответствии с принятым в системе законом регулирования формирует на входе привода 5 управляющее воздействие. . Привод 5 производит изменение хода пара через клапан переднего-или заднего хода до тех пор, пока не будет устранено рассогласование на входе блока 3 т,е. до выполнении равенств ,npH котором регулируемая частота принимает заданное значение. Поскольку выявление отклонения частоты происходит в предлагаемой системе за минимально возможное время (за один период сигнала частного датчика )при прочих равных условиях данная система обладает предельно высоким быстродействием. При этом система не требует низкочастотных усредняющих фильтров, что обеспечива ет не только повышение быстродействия, но и существенное расширение диапазона регулирования частоты вращения. Таким образом, предлагаемая систе ма обеспечивает широкий диапазон регулирования частоты вращения и обладает повышенными точностью и быстроде11ствием. Формула изобретения 1. Системй регулирования частоты вращения судовой турбины, содержащая задатчик с источником питгжия, после довательно соединенные корректирующи блок, орган сравнения и привод клапанов переднего и заднего хода,, выход которого через датчик положения соединен с вторым входом органа срав нения, а также первый и второй датчи ки частоты вращения, подключенные вы ходами через индикатор направления вращения и переключатель знака к одн му из входов корректирующего блока, и счетный триггер, подключенный вход ми к выходу первого датчика частоты вращения, отличающаяся тем, что, с.целью повышения точности, быстродействия и расширения диапазона регулирования, она дополнительно содержит первый и второй преобразователи время-код, первый и второй блоки схем И, блок схем ИЛИ, блок пороговых элементов, управляемый делитель напряжения, связанный с входом переключателя знака, генератор опорной частоты и множительный цифро-аналоговый преобразователь, подключенный одним из входов к выходу задатчика, другими - к выходам блока схем ИЛИ, а выходом - к одному из входов корректирующего блока, причем выход задатчика соединен с входами элемента сравнения и блока пороговых элементов, связанного выходами с входами делителя напряжения и первого и второго преобразователей, соединенных остальными входами с выходами генератора опорной частоты и соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, а выходами - с входами соответствующих блоков схем И, выходы которых подключены к входам блока элементов ИЛИ, а вторые входы соответственно к инверсному,и прямому выходам счетного триггера. 2. Система по п. 1,отличающ а я с я тем, что каждый преобразователь время-код выполнен в виде последовательно соединенных мультивибратора, инвертора, схемы совпадения, дели теля частоты и счётчика импульсов,,причем вторые входы делителя и счетчика подключены к выходу мультивибратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 691582, кло F 01 D 17/20, 1978.