Автоматическое регулирование турбин - Влияние конфигурации входа в дроссельную диафрагму

Влияние конфигурации входа в дроссельную диафрагму, байпасирующую проточные впускные окна золотника
В практике эксплуатации на некоторых турбинах К-200-130 ЛМЗ (выпущенных до 1963 г.) были зафиксированы случаи возникновения большой пульсации поршня сервомотора регулирующих клапанов там, где устанавливались диафрагмы диаметром 13...14 мм, байпасирующие проточные окна отсечного золотника (см. рис. 6.4).
В процессе обследований и испытаний систем регулирования (см. гл. 3) был также отмечен случай, когда амплитуда пульсации этого сервомотора регулирующих клапанов К-200-130 достигала 25...40 мм (перемещение на неравномерность 150 мм), что, естественно, исключало возможность эксплуатации агрегата.
Вместе с тем, исследование пульсации давления на модели проточной линии (см. рис. 4.10) показало, что для диафрагм с прямоугольными входными кромками (именно такой была выполнена байпасирующая шайба в сервомоторе К-200- 130) существует режим резкого возрастания амплитуды пульсации давления с одновременным отклонением от нормального закона плотности распределения вероятностного процесса. Причём этот опыт на модели сопровождался характерными изменениями звука в проточной линии, которые были также отмечены в районе байпасирующей шайбы на сильно пульсирующем сервомоторе. Этот режим неустойчивого истечения на модели проточной линии устранялся организацией плавного входа в диафрагму (см. рис. 4 10).
На сервомоторе регулирующих клапанов турбины К-200- 130 с байпасирующей шайбой (см. рис. 6.4) были проведены опыты по определению зависимости амплитуды пульсации его поршня от диаметра этой байпасирующей шайбы для прямоугольной кромки на входе и для плавного входа (фаска 1,5 мм под углом 45°). Результаты испытаний - на рис. 6.11. Опыты проводились при перепаде давлений на шайбе 1,0 МПа и температуре рабочей жидкости 45...50 °C.
На рис. 6.11 видно, что байпасирующая шайба с прямоугольной кромкой на входе только при диаметре 13...14 мм вызывает значительный скачкообразный рост амплитуды пульсаwbи золотника и поршня (до 25...40 мм). При меньших и больших диаметрах шайбы пульсация поршня не превышает 2...3 мм.

Рис. 6.11. Влияние конфигурации входа в диафрагму, байпасирующую дроссельные окна отсечного золотника, на пульсацию поршня сервомотора (рис. 6.4) при р = 1,0 МПа, t = 50° С :
а) дроссельная диафрагма, б) зависимость пульсации поршня от диметра диафрагмы, 1 - прямоугольная кромка, 2 - главный вход (срезанные по потоку края)
Попытка снизить пульсацию поршня на режиме неустойчивого истечения (шайбы 13...14 мм) до приемлемой величины (3...4 мм) за счёт установки демпфирующей шайбы на подводе масла в верхнюю полость золотника не дала желанного результата. Как видно из графиков на рис. 6.12, даже при диаметре демпфирующей шайбы 3 мм пульсация поршня ещё велика и составляет 10...12 мм (8% перемещения сервомотора на неравномерность).  Дальнейшее уменьшение диаметра демпфирующей шайбы невозможно ввиду недопустимого роста времени на закрытие поршня сервомотора (см. рис. 3.6). Существенное снижение амплитуды пульсации поршня сервомотора (до 1,5...2 мм) было обеспечено только за счёт организации плавного входа (фаска 1,5 мм под углом 45°) в байпасирующую диафрагму (рис. 6.11, 6.12).
В последующих конструкциях сервомотора регулирующих органов турбины К-200-130 эта диафрагма была исключена.
Таким образом, испытания показали, что наряду с плавным ростом амплитуды пульсации давления (и золотника) существуют диапазоны открытий дроссельных окон, в которых может происходить скачкообразный рост амплитуды пульсации золотника. Это относится к гидроусилителям с золотниками различного конструктивного исполнения.
Исследования выявили, что скачкообразный рост амплитуды пульсации давления и золотника с полым поршнем связан с введением (по мере открытия дроссельных окон) его внутренней торцевой поверхности в зону непосредственного воздействия на неё струй, вытекающих из дроссельных окон под углом 70 градусов. 

Рис. 6.12. Влияние конфигурации входа байпасирующей диафрагмы и диаметра демпфирующей диафрагмы на амплитуду пульсации поршня сервомотора турбины К-200-130 при р = 1,0 МПа, tМ = 50° С
Эта пульсация может быть сопоставлена с тем типом пульсации давления в прямом трубопроводе модели проточной линии, для которой характерен максимум амплитуды за входной диафрагмой.
Скачкообразный рост пульсации давления и золотника, как показали опыты, возможен и в гидроусилителях другой конструкции, где рабочий торец золотника удалён от дроссельных окон, но между дроссельной кромкой золотника, нерабочей поверхностью окна в буксе и границей струи, вытекающей под углом 70, может образоваться замкнутая зона. Исследования позволяют сравнить эту пульсацию давления с тем типом пульсации на модели, которая связана с неустойчивым характером истечения через диафрагмы с прямоугольными кромками на входе.
В процессе испытаний была выявлена возможность снижения амплитуды пульсации давления (и золотника) за счёт установки в проточной линии между впускными дроссельными окнами и "рабочей" поверхностью золотника таких дроссельных устройств, как решётка и щель, имеющая протяжённость. При этом размер ячейки в решётке или щели должен быть близок к ширине дроссельного окна.
Особенно эффективно снижается амплитуда аномально высокой пульсации в гидроусилителе с полым золотником, когда гасящая щель образована внутренней цилиндрической поверхностью дополнительного диска, связанного с золотником.
Скачкообразный рост пульсации, связанный с образованием замкнутой полости между границей струи, дроссельной кромкой золотника и нерабочей поверхностью окна в буксе, может быть эффективно устранён за счёт выполнения этой поверхности наклонной под углом, исключающим возможность образования замкнутой полости.
При изменении диаметра диафрагмы с прямоугольными входными кромками, байпасирующей дроссельные окна золотника гидроусилителя, была определена величина этого диаметра, при которой возникает режим неустойчивого истечения и скачкообразно возрастает амплитуда пульсации золотника и поршня. Организация плавного входа в диафрагму устраняет режим неустойчивого истечения через неё и одновременно существенно снижает пульсацию золотника и поршня, вплоть до нормального уровня (1,5...2 мм).