Влияние конфигурации и параметров дроссельных окон на нелинейность статических характеристик
Испытания проточных гидроусилителей: промежуточных золотников турбин К-200-130-5, К-300-240...К-1000-60/3000 и сервомоторов регулирующих клапанов ГТУ ГТ-100-750 на стендах завода и электростанциях выявили, наряду с пульсациями золотников, систематическую нелинейность статических характеристик указанных узлов.
Эта нелинейность, как показали опыты, связана с нелинейностью характеристики их проточных золотников. Характеристики золотников в зоне больших открытий дроссельных окон имеют более пологий (по сравнению с остальной частью) участок, несмотря на одинаковую по всей длине ширину проточных окон. Такое отклонение характеристики в ряде случаев приводит к нежелательному повышению степени неравномерности АСР.
В этой главе описаны причины возникновения нелинейности и методы ее устранения.
7.1. Причины нелинейности статических характеристик
В проточных гидроусилителях систем автоматического регулирования паровых и газовых турбин ЛМЗ [2, 21, 70] для обеспечения прямолинейности статических характеристик дроссельные окна выполняются прямоугольными.
Рис. 7.1. Схема проточного гидравлического усилителя
1 - золотник, 2 - букса, 3 - трубопровод, 4 - управляющий орган
Статическая характеристика проточного гидроусилителя (рис.7.1) определяется уравнением [2]
где Υ, X - координаты золотника гидроусилителя и управляющего дросселя;
— суммарная ширина впускных и выпускных окон соответственно; μх, μν - коэффициенты расхода впускных и выпускных окон.
При расчетах статических характеристик в зависимости от величины b принимают а — 0,61...0,70 .
Рис. 7.2. Элементы конструкции гидроусилителей и зависимость перемещения золотника от координаты управляющего устройства:
а) золотник сервомотора регулирующего клапана ГТ-100;
б) промежуточный золотник К-200-130-8;
в) подвижная букса промежуточного золотника К-300-240...К-1000-60/3000;
---------- расчетная характеристика;
-о—о— экспериментальная характеристика
В соответствии с записанным выше уравнением отклонение от линейности статической характеристики вызывается непостоянством ширины любого окна по длине, а также, может быть из-за плавного или скачкообразного изменения μν или μх при перемещении золотника.
Постоянство ширины проточных прямоугольных окон обеспечивает точная механическая обработка (с допуском ± 0,02 мм) или обработка электроискровым способом путем прожига каналов прямоугольным электродом в масляной ванне.
Испытания проточных гидроусилителей различного конструктивного исполнения (рис. 7.2, а, б, в) показали, что, несмотря на тщательное соблюдение во всех опытах постоянства ширины дроссельных окон, экспериментальные статические характеристики нелинейны и состоят из нескольких участков с различным наклоном (рис. 7.2, а, б, в). Из результатов этих исследований видно, что полученная нелинейность статических характеристик может быть только результатом изменения коэффициентов расхода в процессе перемещения золотника.
Если обратиться к исследованиям пульсаций золотников проточных гидроусилителей (гл. 3, 6), выявивших существование узкой зоны повышенной пульсации золотников вблизи положения больших открытий окон, и сопоставить с результатами настоящих опытов, то можно прийти к выводу, что оба эти явления связаны общей особенностью истечения через дроссельные окна.
Рис. 7.3. Элемент золотника промежуточного гидравлического усилителя
Действительно, анализ серии испытаний и геометрии золотников (рис.6.7 и 7.3) позволяет объяснить факт резкого увеличения пульсации как результат существования границы перехода между участками, отличающимися характером истечения через прямоугольные дроссельные окна.
Эта граничная зона характерна тем, что в ней золотник занимает положение, при котором между дроссельной кромкой золотника, внешней нерабочей кромкой окна и границей вытекающей под углом 70° струи образуется замкнутая полость А. При переходе через эту границу происходит изменение характера истечения и, следовательно, изменение величины коэффициента расхода. На участке l—Υκp, где полость А отсутствует, коэффициент расхода меньше, чем на более пологом участке
, где эта полость существует [71].
Отметим, что из-за раскрытия струи угол несколько меньше, чем 70°.
Если золотник располагается в указанной граничной зоне, то возникает повышенная пульсация золотника из-за пульсации коэффициента расхода при замыкании и размыкании полости А в связи с флуктуацией границы струи.
Из сказанного следует, что исключить повышенную пульсацию в точке перегиба статической характеристики и улучшить ее линейность можно одним общим способом - уменьшить полость А или исключить ее появление.
Рис. 7.4. Схема испытаний промзолотника К-200-240
7.2. Экспериментальная установка, методика испытаний, приборы
Для исследования влияния параметров дроссельных окон на линейность статических характеристик в лаборатории регулирования и на стендах завода использовались штатные установки для испытаний промежуточных золотников турбин К-200-130, К-300-240 и штатные методики этих испытаний. На рис. 7.4 приведена схема испытаний промежуточного золотника К-300-240. Как видно из схемы, управлять золотником можно не только специальным дросселем (цена деления шкалы - 1мм2), но также и блоком золотников регулятора скорости, расположенным в коробке регулирования турбины.
Замер хода подвижной буксы выполнялся часовыми индикаторами с диапазоном измерения 25 и 50 мм (цена деления 0,01мм). Для измерения давления использовались образцовые манометры класса 0,5 с пределами 2,5 и 6 МПа.
Испытания проводились при давлении масла 2,0 МПа для промежуточного золотника К-200-130 и 3,6 МПа для промежуточного золотника К-300-240. Температура масла поддерживалась в пределах 40...50° С.
