Автоматическое регулирование турбин - Пульсация давления в проточной линии гидроусилителя

Глава 5. Пульсация давления в проточной линии гидроусилителя и связанная с ней пульсация золотника
Результаты исследований пульсации давления в участке прямого трубопровода между дроссельными диафрагмами (см. гл. 4) и сопоставление их с результатами исследований пульсации золотников и сервомоторов АСР штатных турбин (см. гл. 3) в значительной мере подтвердили первоначальное предположение о том, что действие на поток дроссельных отверстий (сопротивлений), вызывающее пульсацию давления случайного характера, служит причиной аналогичного типа пульсации золотников. На основе полученных данных были выявлены основные статистические закономерности пульсации давления, распределение её амплитуды вдоль простейшей проточной линии и влияние на эту амплитуду параметров дроссельных отверстий (диафрагм) различного типа.
Однако особенности реальной проточной линии оказывают влияние на характер пульсации давления и золотников. Далее приводятся результаты следующего этапа исследований пульсации давления (теперь уже в реальных проточных линиях гидроусилителей) и, главное, её связи с пульсацией самих золотников.

 5.1. Экспериментальная установка, методика проведения и задачи эксперимента

Рис. 5.1. Схема гидравлического усилителя с золотником, управляемым проточной линией: 1 — поршень (золотник), 2 — букса, 3 — трубопровод, 4 — управляющий орган
С целью исследования поставленного вопроса на стенде регулирования лаборатории паровых турбин ЛМЗ была смонтирована специальная установка для изучения характеристик пульсации давления в реальных проточных линиях гидроусилителей и определения её связи с пульсацией золотников, которую вызывает эта пульсация давления.

Конструкция гидроусилителя представлена на рис. 5.2. В дно золотника 1 вмонтирован датчик давления 2. Для остановки золотника служит подвижной упор, остановка может осуществляться при любом положении золотника. 

Рис. 5.2. Гидравлический усилитель (элемент конструкции): 1 - золотник, 2 - датчик давления, 3 - букса, 4 - корпус
На корпусе золотника укреплён индикатор с тензобалочкой (см. рис. 2.3,а) для регистрации перемещения золотника при помощи осциллографа. Слив масла из-под дифференциального поршня осуществляется через управляющий дроссель - следящий золотник. Длина соединяющей трубы - 10 метров. Этот гидроусилитель являлся основным элементом экспериментальной установки (рис. 5.3). Вся остальная часть экспериментальной установки (за исключением следящего золотника 2) целиком без изменений была использована от установки для изучения пульсации давления в трубопроводе между дроссельными диафрагмами Подробное описание этой части установки дано в гл. 4.

Рис. 5.3. Экспериментальная установка для исследований пульсации давления в проточной линии гидроусилителя и пульсации золотника:
1 - груба (проточная линия), 2 - управляющий орган (следящий золотник), 3 - гидроусилитель, 4- вентиль, 5 - воздушный колпак, 6 - датчик перемещения, 7 - датчик давления, 8 - тензоусилитель, 9 - светолучевой осциллограф, 10 - переключатель, 11 - катодный осциллограф

Схема измерений представлена также на рис. 5.3. Она включает в себя датчики давления 7, датчик малых перемещений 6, тензоусилители 8, светолучевой осциллограф 9, катодный осциллограф 11 и переключатель 10. Вся аппаратура, за исключением датчика малых перемещений 6, аналогична аппаратуре, использованной при изучении пульсации давления и трубопроводе между дроссельными диафрагмами (см. гл. 4). Описание аппаратуры, методика измерений и методика обработки результатов осциллографирования приведены в гл. 2. Для вычисления вероятностных характеристик процесса пульсации использовались реализации, полученные путём одновременной записи сигналов трёх датчиков давления и датчика перемещения светолучевым осциллографом 9.
На осциллографе регистрировались пять величин, которые измерялись

1. датчиком напорного давления р0;
2. датчиком давления, вмонтированным в дно дифференциального поршня;
3. датчиком давления, установленным на трубопроводе в месте его подсоединения к корпусу гидравлического усилителя, р7;
4. датчиком давления, установленным на трубопроводе возле управляющего дросселя — следящего золотника, р3;
5. датчиком перемещений, подключённым к дифференциальному поршню (золотнику).

Учитывая ограниченность на осциллограмме времени реализаций, в результате чего из рассмотрения могли выпасть пульсации значительной амплитуды, производились также длительные (до 4-х минут) визуальные наблюдения за процессом пульсаций давления и золотника при помощи катодного осциллографа, имеющего экран с послесвечением. Пульсация дифференциального поршня (золотника), кроме того, наблюдалась при помощи индикатора часового типа.
В процессе испытаний напорное давление изменялось от 0,4 до 2,0 МПа, что обеспечило при температуре масла 45... 55о С режимы течения жидкости в дроссельных окнах дифференциального поршня при числах Re от 200 до 5000, а в трубопроводе (D = 32 мм) - при числах Re от 100 до 2500. Отметим, что в процессе испытаний в трубе существовал как ламинарный, так и турбулентный режимы течения, в то время как при исследовании пульсации в трубе между двумя дроссельными диафрагмами существовал только ламинарный режим течения (см. гл. 4). Объёмное содержание воздуха (перед всасывающим патрубком) насоса не превышало 0,5%.
В связи с тем, что φ = Fo/F = р/р0 = 0,5 , давление в проточной линии р и перепады на дроссельных окнах золотника и управляющего органа были равны примерно 0,5р0.
Заметим, что данный гидроусилитель (см. рис. 5.2), наряду с гидроусилителем другой конструкции (см. рис. 6.2), но той же принципиальной схемы, использовался для определения влияния на пульсацию различных конструктивных факторов.
При выводе уравнения движения дифференциального поршня учитывалась масса золотника и имелось в виду, что источник, вызывающий пульсацию золотника, расположен непосредственно возле силовой поверхности поршня. Причём можно представить, что существующая пульсация давления создаётся воображаемым дросселем, расположенным в проточной линии вблизи "рабочей" поверхности золотника.
Результаты исследования влияния упругости рабочей жидкости на пульсацию дифференциальных поршней [30,31] показали, что при содержании в масле нерастворённого воздуха в количестве φв =0,5% влиянием упругости при выводе уравнений динамики можно пренебречь. Настоящие исследования подтвердили отсутствие влияния пульсации напорного давления на пульсацию золотника данной конструкции при .
Учёт всех этих факторов позволяет получить уравнения движения дифференциального поршня и изменения давления под ним в виде:

Частотные характеристики и модули частотных характеристик дифференциального поршня и давления можно представить в следующем виде:

В табл. 5.1 приведены параметры экспериментального гидроусилителя (рис. 5.2). На этой экспериментальной установке решались следующие задачи:

1. определение особенностей проточной линии гидроусилителя;
2. исследование влияния напорного давления и связанных с ним параметров течения на амплитуду пульсации давления и золотника;

1. исследование зависимости амплитуды пульсации давления от величины открытия дроссельных окон;
2. определение статистических характеристик процессов пульсации давления и золотника, выявление их связи с учётом параметров гидроусилителя;
3. определение аналитической зависимости амплитуды пульсации золотника от амплитуды пульсации давления, параметров гидроусилителя и процесса пульсации давления.