§ 18. Регуляторы проточного и котельного типов; их особенности
Существуют два основных типа автоматических регуляторов скорости для гидротурбин — проточные и котельные. Они различаются между собой маслонапорной частью и относительными размерами окон буксы и перекрывающих буртиков распределительного золотника.
Рис. 35. Схемы золотников для регуляторов проточного и котельного типов
Во всем остальном, т. е. в схемах автоматической части регулятора, которые мы рассмотрели выше, они сходны между собой и принципиальных различий в действиях не имеют.
В проточных регуляторах масло под давлением направляется непосредственно к распределительному золотнику непрерывно вращающимся насосом. Распределительный золотник имеет так называемые отрицательные перекрытия, т. е. высота буртиков золотника несколько меньше, чем высота рабочих окон корпуса или буксы золотника (рис. 35). При среднем положении золотника всегда имеется зазор между отсекающими кромками золотника и кромками окон буксы, благодаря чему масло обтекает буртики золотника и вновь попадает в слив (обычно в резервуар, находящийся в станине регулятора). Таким образом при среднем положении золотника, т. е. при установившемся режиме работы агрегата, масло проталкивается насосом через распределительный золотник обратно в сливной резервуар, откуда вновь забирается насосом, не производя работы регулирования. Поэтому этот регулятор и называется проточным.
При смещении в процессе регулирования распределительного золотника из среднего положения хотя бы на небольшую величину, через односторонне увеличившийся зазор между буртиком и рабочим окном золотника масло от насоса немедленно начнет поступать в большом количестве в соединенную с этим окном полость сервомотора. Вследствие этого, в ней давление масла на поршень сервомотора увеличивается и последний начнет перемещаться в соответствующую сторону, переставляя направляющий аппарат турбины. При больших смещениях распределительного золотника, превосходящих величину отрицательного перекрытия, все масло, поступающее от насоса, будет направляться в соответствующую полость сервомотора. Вследствие этого, здесь резко повысится давление, которое и будет полностью действовать на перемещение поршня сервомотора. Это обычно происходит при внезапных сбросах и набросах нагрузки на турбину.
Как уже упоминалось, маслонапорная часть проточного регулятора состоит из масляного насоса, непрерывно вращающегося либо от вала турбины, либо от специального электродвигателя.
Поэтому, в случае прекращения работы насоса или выхода из строя привода насоса, подача масла к распределительному золотнику и сервомотору совершенно прекращается, а тем самым прекращается и работоспособное состояние автоматического регулирования. Вследствие этого механизм ручного регулирования у проточных регуляторов всегда выполняется в виде механического привода при помощи ручного штурвала к штоку поршня сервомотора.
Применение проточных регуляторов ограничивается гидротурбинами небольшой мощности и размеров. Это объясняется, главным образом, двумя причинами. Во-первых, скорость перемещения поршня сервомотора или время закрытия направляющего аппарата турбины для проточного регулятора целиком зависит от производительности насоса, т. е. от способности последнего заполнить весь объем сервомотора за определенный, весьма короткий (1,5—2 сек.) промежуток времени. Поэтому в случае применения проточного регулятора для регулирования мощных турбин, снабженных сервомоторами значительных объемов, понадобилось бы для получения малого времени их заполнения (т. е. времени закрытия) установить насосы весьма большой производительности и мощности. Во-вторых, как уже говорилось выше, проточный регулятор всегда имеет механический ручной привод к штоку сервомотора, поэтому управление вручную при помощи штурвала сколько-нибудь большим направляющим аппаратом почти невозможно. Для уменьшения усилия на штурвале потребовалось бы ввести ряд дополнительных передач от штурвала к штоку сервомотора, неизбежно замедляющих регулирование до недопустимых пределов.
Проточный регулятор достаточно прост и имеет в маслонапорной части, по существу, один только масляный насос, снабженный предохранительным клапаном для предупреждения ненормального повышения давления масла. Отсутствие предохранительного клапана может повлечь за собой аварию насоса или распределительного золотника. В большинстве случаев проточный регулятор усложняется тем, что с увеличением размеров сервомотора устанавливают, кроме основного, еще один или два вспомогательных насоса, а в связи с этим усложняется и конструкция распределительного золотника.
Однако относительная простота схемы и конструкция проточных регуляторов позволила им завоевать весьма широкое применение в небольших гидротурбинных установках.
Котельный автоматический регулятор скорости для гидротурбин отличается от проточного маслонапорной частью и конструкцией распределительного золотника. Маслонапорная часть котельного регулятора состоит из (масловоздушного котла, частью наполненного маслом, частью воздухом, нагнетаемым воздушным компрессором или другим устройством до определенного давления.
Масловоздушный котел является аккумулятором давления, всегда имеющим масло под давлением, которое расходуется регулятором на регулирование скорости турбины. Масло в котел подается масляным насосом из сливного резервуара. Масловоздушный котел связан трубопроводом с напорной полостью распределительного золотника регулятора.
Распределительный золотник котельного регулятора имеет так называемые положительные перекрытия, т. е. высота выступов (или буртиков) золотника несколько выше высоты окон буксы или корпуса золотника (рис. 35). Поэтому при среднем положении золотник перекрывает окна в буксе или корпусе золотника и масло из котла не расходуется. Только при смещении, в процессе регулирования, золотника из ‘Среднего положения масло под давлением из котла через золотник поступает в ту или другую полость сервомотора.
Объем масловоздушного котла обычно рассчитан таким образом, чтобы запас масла в нем был достаточен не только для нормального регулирования агрегата, но также и для последующей остановки агрегата в случае отказа от работы насосов, питающих котел маслом, или какой-либо аварии агрегата. Современные маслонапорные установки мощных котельных регуляторов обычно, для большей надежности, снабжаются вторым (резервным) масляным насосом. Это вполне обеспечивает действие механизма ручного регулирования и аварийную остановку агрегата с помощью механизмов, действующих давлением масла (гидравлически) и с достаточной для регулирования скоростью. Поэтому ручное регулирование в мощных котельных регуляторах обычно осуществляется с помощью специальных золотников, приводимых в действие от руки и не требующих при этом большого усилия.
Несмотря на некоторую зависимость котельного регулятора в целом и, в частности, гидравлического механизма ручного регулирования от наличия в котле масла под давлением, современные котельные регуляторы показали себя в эксплуатации весьма надежными, что подтверждается многолетним опытом их работы на самых разнообразных по мощности и режимам агрегатах отечественных и иностранных гидростанций.
Рис. 36. Внешний вил регулятора серии "Л"
Следует отметить, что в практике регуляторостроения наблюдается стремление к применению котельных регуляторов даже для весьма небольших гидротурбин с сохранением при этом механического ручного регулирования. Иногда это приводит к упрощению конструкции регулятора и, в частности, масляного насоса. При этом регулятор выполняется комплектным, т. е. имеющим в себе все элементы автоматического регулятора, маслонапорной части, а также сервомотор.
Подробное описание весьма разнообразных конструкций регуляторов, существующих в настоящее время, заняло бы много места. Поэтому в настоящем кратком обзоре мы остановимся лишь на двух регуляторах конструкции ЛМЗ им. Сталина — проточном и котельном, являющихся наиболее характерными по схеме и конструкции.
