Эксплуатация гидроагрегатов - Узлы регуляторов проточного типа

Общее описание конструкции регулятора проточного типа

Автоматический регулятор скорости проточного типа обычно является комплектным, т. е. все механизмы по автоматическому и ручному регулированию, а также маслонапорная часть и сервомотор направляющего аппарата турбины конструктивно собраны на одной станине. Типичной конструкцией подобного регулятора является проточный регулятор из серии «Л», изображенный на рис. 36 и на схеме рис. 37 (ранее изготовлялся на ЛМЗ им. Сталина). Конструкции серии этих регуляторов аналогичны друг другу и различаются лишь размерами распределительных золотников, масляных насосов и сервомоторов, в зависимости от работоспособности последних.
Работоспособность является основной характеристикой проточного регулятора и по ее величине выбирается соответствующий
регулятор. Обозначение серии этого типа регуляторов принято заводом в виде Л-200, Л-400, Л-750 и Л-1200, причем цифра указывает на работоспособность регулятора, выраженную в килограммометрах.
Все механизмы регулятора монтируются внутри и снаружи станины.

Рис. 37. Конструктивная схема проточного регулятора серии "Л"

Станина 42 представляет собой чугунную отливку, имеющую соответствующие фланцы для крепления механизмов, и является в то же время резервуаром для рабочего масла регулятора. К верхнему фланцу станины крепится чугунный цилиндр сервомотора 31. К боковым фланцам сервомотора крепится с одной стороны консоль ручного регулирования, с другой — консоль привода к. регулирующему валу направляющего аппарата турбины. Внутри станины с нижней стороны цилиндра сервомотора установлен на шпильках корпус распределительного золотника. Цилиндр сервомотора имеет, соответствующие литые каналы, соединяющие полости сервомотора с распределительным золотником. К корпусу золотника присоединяются масляные трубопроводы от насоса и крепится фильтр 41 для масла.
Сверху на цилиндре сервомотора расположена чугунная коробка распределительного устройства, которая содержит в себе все чувствительные органы регулирования: изодромный и выключающий механизмы, механизмы изменения числа оборотов, степени неравномерности и ограничения открытия. К коробке распределительного устройства крепится кожух с подшипниками для маятника регулятора. На задней стенке станины установлен масляный зубчатый насос. Часть насоса, имеющая фланцы для напорного и всасывающего трубопроводов, находится внутри станины, а другая выведена наружу вместе с концом вала и насаженным на него ременным шкивом для привода насоса от турбины.
Регулятор снабжен ручным механическим приводом, позволяющим открывать и закрывать направляющий аппарат турбины вручную с помощью штурвала 27, насаженного на гайку штока сервомотора.
Регулятор в собранном виде устанавливается в машинном зале гидростанции и соединяется с турбиной. Вал турбины соединяется ременными передачами с центробежным маятником и зубчатым масляным насосом регулятора, а регулирующее кольцо направляющего аппарата турбины, при помощи регулирующего вала, — со штоком поршня сервомотора регулятора.
Конструкция регулятора допускает применение его для различных вариантов установки гидроагрегатов в зависимости от взаимного расположения турбинного и регуляторного оборудования в машинном зале. Это достигается перестановкой консолей ручного регулирования, регулирующего вала и конуса выключателя, а также изменением направления движения поршня сервомотора на закрытие.
Нормальное число оборотов маятника равно 500 в минуту, а полное перемещение штифта маятника составляет около 20—22 мм. Таким образом при среднем нормальном числе оборотов маятника штифт выдвигается на 10—11 мм.

Распределительный золотник

Распределительный золотник имеет отрицательные перекрытия и в среднем положении масло от насоса проходит через зазоры перекрытий обратно в корпус регулятора. По своей конструкции золотник двойной: первое перемещение от. золотникового рычага 4 (рис. 37) получает игла 34, а затем соответствующее перемещение получает золотник 35, гидравлически связанный с иглой 34. Корпус золотника всегда следует за перемещениями иглы, стремясь, благодаря гидравлической связи, восстановить среднее относительное положение иглы и тела золотника.
К корпусу золотника присоединены обратный клапан 36 и предохранительный 37. Обратный клапан закрыт при среднем положении и малых колебаниях золотника, когда в работе регулирования участвует только малый насос регулятора. При больших колебаниях обратный клапан открывается, тогда большой насос начинает подавать масло в сервомотор для регулирования турбины. Предохранительный клапан служит для предотвращения возможных аварий с насосом или распределительным золотником и регулируется на давление 1,2—2,0 кг/см выше нормального. При работе регулятора на ручном управлении предохранительный клапан с рукояткой 38 должен быть открыт, и масло от насоса сливается обратно в станину, не препятствуя свободному перемещению поршня и штока сервомотора.

Насос

Регулятор снабжен сдвоенным зубчатым насосом с двумя парами шестерен, образующих в одном общем корпусе два независимых насоса: большой (40) и малый (39). Большой насос предназначен для регулирования при больших колебаниях распределительного золотника (при больших изменениях нагрузки), а малый насос — при небольших, т. е. при перемещениях золотника в пределах его перекрытий, а также для гидравлической связи между иглой и телом золотника.
Насос состоит из чугунного корпуса, внутри которого располагаются две пары цилиндрических шестерен. Пара больших шестерен расположена в большом корпусе и составляет большой насос. Пара малых шестерен расположена в малом корпусе и составляет малый насос. Ведущие шестерни обоих насосов напрессованы на ведущий вал и связаны с ним при помощи шпонок. Шестерни и валы насоса стальные, а цапфы валов направляются в бронзовых втулках.
Насос приводится во вращение от вала турбины при помощи ременной передачи с числом оборотов 500 в минуту и при этом развивает давление до 20 кг/см2.

Маятник

В регуляторах проточного типа применен маятник системы Тома. Основное отличие этого маятника состоит в том, что все сопряжения движущихся частей выполнены в виде ножевидных опор (призм), благодаря чему он обладает высокой чувствительностью. На стержень маятника установлены два бронзовых груза 3, качающихся на ножевидных опорах и стянутых между собой двумя цилиндрическими пружинами. Перемещения грузов передаются при помощи серьги 2, с которой соединены ножевидными шарнирами лапки грузов, штифту маятника 1, направленному в гладком отверстии стержня маятника. Всему маятнику в общем придана примерно шаровидная форма, вследствие чего конфигурация грузов имеет довольно сложное очертание.

Механизмы распределительного устройства

К механизмам распределительного устройства относятся: изодромный, выключающий и степени неравномерности. Действие их мы рассмотрим ниже при разборе общей схемы регулирования проточного регулятора. К механизмам распределительного устройства относятся также механизмы изменения числа оборотов и ограничения открытия, которыми снабжен этот регулятор.
Механизм изменения числа оборотов имеет ручной привод от маховичка 22 (рис. 37), а также от небольшого электродвигателя 23. При повороте маховичка 22 вращается червяк 24, соединенный с червячным колесом, сидящим на втулке с винтовым пазом 21. Червячное колесо, вращаясь, поворачивает шпиндель и спиральный конус выключателя 11, поставив под ролик 5 новую образующую, отчего средняя точка опоры золотникового рычага 4 переместится, а вместе с ней переместится и нижний конец рычага, переставляя распределительный золотник на открытие или на закрытие и изменяя тем самым число оборотов турбины.
Регулятор снабжен механизмом ограничения открытия турбины. Механизмом можно совершенно закрыть направляющий аппарат турбины или ограничить его открытие. Вращением маховичка 12 переставляется серьга 15 с упором 19. При передвижении этого упора вверх, главный золотник 35 переставляется на закрытие. Соединяясь через рычаг 17 с выключателем 18, механизм ограничения действует так, что при открытии турбины упоры между соединяющим рычагом и механизмом ограничения сходятся и, наоборот, при закрытии турбины они расходятся, чем не препятствуют закрытию турбины.

Механизм ручного регулирования

Механизм ручного регулирования предназначен для ручного управления турбиной. Он применяется при пусках и остановках агрегата, а также в случае неисправности автоматической части регулятора.
Этот механизм выполнен в виде механического привода от ручного штурвала к штоку сервомотора. Для примера, на рис. 38 в разрезе показан механизм ручного регулирования проточного регулятора. На штоке 1 сервомотора нарезана резьба и на гайку 2  штока надет штурвал 3, при вращении которого шток сервомотора, вывинчиваясь из гайки или навинчиваясь на нее, перемещается вдоль своей оси и перемещает кинематически связанный с ним направляющий аппарат турбины.

Рис. 38. Механизм ручного регулирования про точного регулятора в разрезе

Рис. 39. Сервомотор регулятора проточного типа

Ручное регулирование включается вводом рычага 4 в паз втулки 2, а при выведенном рычаге 4 происходит автоматическое регулирование.
Иногда для облегчения усилия машиниста между гайкой штока и штурвалом помещается редуктор в виде червячной, шестеренчатой или планетарной передачи.

Сервомотор

Сервомотор (рис. 39) состоит из чугунного цилиндрического корпуса 1, чугунного поршня 2, насаженного на шток 3, и двух крышек 4. Поршень 2 делит цилиндр сервомотора на две полости, которые при помощи отлитых в цилиндре каналов сообщаются с рабочими окнами распределительного золотника. Для лучшего уплотнения между полостями сервомотора поршень имеет чугунное поршневое кольцо 5. Шток 3 сервомотора направлен в отверстиях крышек 4 и с внутренней стороны уплотняется, угловыми кожаными манжетами 6. С одной стороны он связан с механизмом ручного регулирования, а с другой — с регулирующим кольцом направляющего аппарата турбины. Для регулировки ограничения максимального хода поршня и штока сервомотора, крышки сервомотора снаружи снабжены набором специальных шайб 7. Подбором количества и толщины этих шайб устанавливают необходимый ход штока сервомотора.

Схема действия

На рис. 37 представлена конструктивная схема проточного регулятора. В целях наглядности масштабы отдельных деталей и механизмов несколько искажены.
Регулятор работает по изодромной схеме, но с остающейся степенью неравномерности, которую обеспечивают введенный в систему изодрома спиральный конус выключателя 11 и втулка с винтовым пазом 21. Поперечные сечения конуса представляют собой спираль с постоянным шагом.
Рассмотрим подробнее схему работы этого регулятора.
Предположим, что нагрузка на турбину упала и число оборотов повысилось. Тогда грузы маятника 3 расходятся и штифт маятника 1 идет вправо. Своим правым концом он упирается в золотниковый рычаг 4, который, поворачиваясь вокруг рычага с роликом 5, передвигает иглу распределительного золотника 34 влево, и золотник 35 перемещается также влево. Масло, проходя через золотник, попадает в левую полость сервомотора, и поршень последнего идет вправо, прикрывая направляющий аппарат турбины. При этом шток сервомотора 33 своим движением передвигает шпиндель выключающего механизма 7 вверх. Спиральный конус выключателя 11 получает сложное движение, а именно — двигается вверх вдоль оси и, кроме того, поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси благодаря втулке с винтовым пазом 21. Конус, передвигаясь вверх, толкает ролик рычага 5 вправо, и золотниковый рычаг 4, поворачиваясь вокруг конца штифта маятника, снова приводит распределительный золотник в среднее положение и прекращает тем самым движение поршня сервомотора.
При этом число оборотов турбины, при отсутствии изодромного механизма, осталось бы повышенным соответственно изменению нагрузки. Однако вследствие того, что стальной диск трения 8  изодромного механизма вышел из среднего положения, он начнет вращаться от соприкосновения с медным фрикционным диском 9 и, одновременно навинчиваясь по винту шпинделя выключателя 7, будет передвигать спиральный конус выключателя 11 по шпонке, т. е. без поворота конуса вокруг своей оси, обратно в среднее положение; при этом через рычаг с роликом и золотниковый рычаг 4 передвинет золотник дополнительно на закрытие. Число оборотов турбины начнет падать, но до первоначальной величины не дойдет, так как спиральный конус выключателя 11, как мы видели, уже повернулся другой образующей, более удаленной от оси конуса. Поэтому верхний конец, как и средняя точка золотникового рычага 4, при среднем положении золотника займет новое положение, соответствующее несколько повышенному числу оборотов маятника и турбины. Остающаяся неравномерность регулирования, доходящая в этих регуляторах до 3%, обеспечивается поворотом конуса вокруг своей оси при перемещении шпинделя выключателя в процессе выключения.
Если бы мы предположили, что спиральный конус выключателя не поворачивался бы или поворачивался, но не был бы спиральным, то верхний конец золотникового рычага 4 при возвращении в среднее положение стального диска 8 изодромного механизма занял бы опять то же положение, что и до процесса регулирования, а числа оборотов маятника и турбины вернулись бы точно к первоначальным. Такое регулирование называется чисто изодромным.

Управление регулятором

Ниже приводим перечень основных операций по пуску в ход, переходу с ручного на автоматическое регулирование и остановке агрегата для регулятора проточного типа.
Проточный регулятор, как указывалось, имеет механический ручной привод к направляющему аппарату турбины, которым производятся пуск и остановка турбины. Перед пуском напорная часть регулятора (масляный насос) находится обычно в нерабочем состоянии.
Операции пуска следующие:

1. если перед направляющий аппаратом турбины имеются какие-либо затворы или щиты, их необходимо открыть;
2. проверить состояние ременных или других передач привода к центробежному маятнику и масляному насосу регулятора;
3. проверить, открыт ли предохранительный клапан насоса;
4. если имеется механизм ограничения открытия, установить его в положение, соответствующее несколько большему открытию, чем при холостом ходе; это необходимо на случай каких-либо ненормальностей в момент пуска турбины и опасности резких колебаний в момент пуска и переключения на автоматическое регулирование;
5. пустить турбину до числа оборотов холостого хода, медленно открывая механизмом ручного регулирования направляющий аппарат турбины и наблюдая по тахометру регулятора или турбины;
6. пользуясь механизмом изменения числа оборотов, установить распределительный золотник в среднее положение; это необходимо для того, чтобы в момент переключения с ручного управления на автоматическое не произошел гидравлический толчок в сервомоторе, вредный для регулятора и турбины, а также могущий вызвать нежелательные колебания числа оборотов турбины и давления в трубопроводе, подводящем воду к турбине;
7. обратить внимание на правильную работу изодромного механизма и механизма, передающего колебания или вибрации игле распределительного золотника;
8. после вышеизложенных операций быстро переключить турбину на автоматическое регулирование, быстро закрыть предохранительный клапан насоса и отвести механизм ограничения открытия в положение, соответствующее предполагаемой нагрузке на турбину.

Если регулятор и турбина, а также электрическая часть агрегата не обнаруживают каких-либо ненормальностей, турбину можно нагружать. Для этого в случае параллельной работы надо предварительно, пользуясь механизмом изменения числа оборотов, синхронизировать агрегат и включить его в сеть.
В случае необходимости изменения нагрузки параллельно работающих агрегатов или перераспределения нагрузки между ними нужно пользоваться механизмом изменения числа оборотов. Эти механизмы регуляторов часто снабжаются небольшими реверсивными электродвигателями, с помощью которых эти операции можно производить дистанционно с пульта управления станции.
Для остановки агрегата необходимо предварительно перейти на ручное управление. При переключении на ручное управление надо произвести всего две операции, а именно:

1. включить ручное управление регулятора и
2. открыть предохранительный клапан масляного насоса.

После этого закрывают направляющий аппарат турбины механизмом ручного управления.
Однако при работе регулятора на автоматическом регулировании направляющий аппарат турбины можно закрыть механизмом ограничения открытия, вращая его маховичок на закрытие, и тем остановить турбину. При этом после полного закрытия направляющего аппарата турбины необходимо переключить регулятор на ручное управление, тем самым застопорив турбину во избежание самопроизвольного открытия направляющего аппарата.