Механический датчик, установленный на турбинах ЛМЗ и турбинах других заводов (после реконструкции) представляет собой бесшарнирный центробежный регулятор скорости ЛМЗ [1, 2, 3, 5] и имеет ход на неравномерность около 0,8 мм.
Осевые перемещения ротора центробежного насоса, на котором жёстко укреплён регулятор (турбины К-50-90... К-200-130), или привода регулятора (турбины ПТ-30, ПТР-30, К-300-240...К-1200-240, ГТ-25-700) приводят к изменению нагрузки. При разбеге ротора насоса (или привода регулятора) в упорном подшипнике 0,1 мм возможные колебания нагрузки могут составить 0,13NHoyi.
Однако в связи с тем, что ротор центробежного насоса или привод выполнены с подгрузкой в сторону рабочей поверхности своих упорных подшипников, осевые перемещения могут возникать лишь в результате защемления муфты, передающей движение от вала турбины. Это защемление возможно только при наличии в рабочей жидкости механических примесей и воды, которые попадают в маслобак при неправильной эксплуатации турбоустановки: из-за неплотностей маслобака, изношенных лабиринтовых уплотнений, высокого давления пара в коллекторе лабиринтовых уплотнений при пусках агрегата, неплотностей (по воде) в маслоохладителях и т. д. В муфтах новой конструкции обеспечивается удаление механических примесей в процессе работы и снижена величина осевого усилия, передаваемого от ротора турбины к насосу.
В системах регулирования турбоагрегатов ЛМЗ, начиная с турбин К-300-240 (1960 г.), применена выделенная система маслоснабжения, что исключает опасность обводнения системы регулирования через уплотнения турбины и облегчает очистку сравнительно небольшого количества огнестойкой жидкости [9, 22].
Предохранение системы регулирования от попадания в неё механических примесей и воды, систематическая очистка рабочей жидкости за счёт использования фильтров тонкой очистки ЛM3 с тканью фильтр-бельтинг или элементами Pall исключает защемление узла привода регулятора скорости и, следовательно, влияние перемещения конца вала турбины на осевое положение регулятора скорости, что полностью ликвидирует этот источник колебаний.
Опыт длительной эксплуатации турбин с бесшарнирным регулятором скорости Дм3 показывает, что высокочастотная пульсация следящего золотника регулятора скорости не превышает 0,02 мм.
Гидромеханический датчик ВТИ, установленный на роторе турбины ВТИ [3, 23, 24], в котором центробежная сила грузов уравновешивается давлением жидкости, даёт импульс по частоте вращения, не зависящий от осевых перемещений нала. Принципиальное исключение возможности возникновения на выходе этого датчика значительных помех, связанных с перемещением конца вала турбины, является существенным его достоинством. Так, при смещении конца вала на 4,23 мм импульсное давление будет изменяться в пределах 0,014 МПа (на 2,5%), что легко компенсируется воздействием на механизм управления.
Гидродинамический датчик в гидродинамической системе регулирования [1,3,6,7,25], широко применяемой отечественными заводами на паровых и газовых турбинах, представляет собой центробежный насос (импеллер). Импульсное давление, развиваемое насосом, пульсирует, причём эти колебания, обладая большим периодом (1...10 с), могут вызывать колебания поршня сервомотора, которые приводят к изменению мощности турбины до 10...25% от номинальной, что совершенно недопустимо для нормальной эксплуатации агрегата [3, 11].
Детальные исследования импеллера, проведенные ВТИ, позволили установить, что пульсация давления масла возникает из-за отрыва и образования вихрей при обтекании потоком масла с большой скоростью препятствий, выступов и углов как во всасывающем патрубке, так и на стороне нагнетания, а также при слиянии основного потока с посторонними потоками (например, с утечками через уплотнения). Пульсация эта зависит также от величины угла атаки и угла выхода рабочих лопаток, на неё влияет чистота обработки каналов. Присутствие воздуха в масле также вызывает пульсацию давления за импеллером.
В работах В.Н. Веллера и Б.П. Мурганова [25, 26] даны рекомендации, позволяющие создать центробежный масляный насос со сравнительно малой пульсацией на выходе. Однако, как показывает опыт наладки, испытаний и эксплуатации систем регулирования [11], пульсация отсечных золотников сервомоторов обычно значительна. Поэтому для устранения вредного влияния пульсаций приходится применять отсечные золотники с увеличенными перекрышами (до 6 мм). Но, предохраняя сервомотор от пульсаций, большие перекрыши лишают отсечной золотник его основного свойства - способности жёстко управлять сервомотором, т. е. развивать в сервомоторе максимальное усилие при малом отклонении золотника из среднего положения, что приводит к увеличению нечувствительности сервомотора.
Если жёсткость отсечного золотника сервомотора оказывается невысокой, то это порождает увеличение влияния паровых усилий, меняющихся по ходу сервомотора и зависящих от колебаний давления острого пара.
В.С. Немиров [27] теоретически и экспериментально показал, что самопроизвольные медленные “сползания” сервомоторов регулирующих клапанов в зоне резкого спада паровых усилий, действующих на штоки клапанов, происходят при невысокой жёсткости отсечного золотника. В том случае, если она меньше некоторого предельного значения, определяемого площадью поршня, жёсткостью пружины, коэффициентом усиления обратной связи и крутизной спада характеристики паровых усилий, наступает режим неустойчивого равновесия. На тех участках, где жёсткость отсечного золотника мало превышает предельную, очень сильно влияет изменение давления острого пара.
Г. А. Киракосянц [28] и В.С. Немиров [27, 29] провели исследования влияния перекрыши и формы отсечных кромок золотника на работу сервомоторов. В их работах даны рекомендации по выбору размеров перекрыш и конфигурации отсечных кромок, которые, устраняя пульсацию поршня и обеспечивая удовлетворительную жёсткость сервомотора и золотника, не снижают быстродействие системы регулирования.
Из двух типов отсечных кромок, исследованных В.С. Немировым [29], первый (отсечные кромки с вырезами прямоугольной формы, равномерно распределёнными по окружности) эффективно снижает пульсации высокой частоты и малой амплитуды, а второй (кромки с проточками) более эффективен для борьбы с пульсациями меньшей частоты и большей амплитуды и обеспечивает более крутую отсечную характеристику, что важно для уменьшения влияния паровых усилий.
В работе [29] вместе с тем отмечается, что борьба с низкочастотными пульсациями практически невозможна без существенного ухудшения чувствительности и быстродействия системы регулирования и единственное, что рекомендуется в этом случае,— устранить источник пульсаций.
Действительно, опыт наладки, испытаний и эксплуатации систем регулирования паровых и газовых турбин отечественных турбостроительных заводов показывает, что пульсация давления в гидравлических линиях содержит широкий диапазон частот и амплитуд, в том числе обязательно низкие частоты с большими амплитудами. Правильным решением является выполнение мероприятий по уменьшению пульсаций импульсного давления и поршней (золотников) во всех звеньях усиления между датчиком частоты вращения (или регулятором давления регулируемого отбора пара) и поршнем сервомотора регулирующих клапанов.
