§ 20. Главнейшие узлы регуляторов котельного типа и их автоматические устройства
Общее описание конструкции регулятора котельного типа
Автоматические регуляторы котельного типа выполняются комплектными и раздельной конструкции. Раздельную конструкцию обычно имеют мощные котельные регуляторы, в которых механизмы и части, по характеру назначения, условиям их монтажа и обслуживания при эксплуатации, делятся на следующие отдельные узлы и группы:
а) колонка управления, в которой находится центробежный маятник и все механизмы распределительного устройства по автоматическому и ручному управлению турбиной;
б) маслонапорная установка с масловоздушным котлом, масляным резервуаром, масляными насосами и арматурой;
в) сервомоторы, кинематически связанные с регулирующим кольцом направляющего аппарата турбины и выключателем колонки управления;
г) масляный трубопровод, гидравлически связывающий колонку управления с маслонапорной установкой и сервомоторами направляющего аппарата турбины.
Основной частью такого регулятора является колонка управления, в которую входят важнейшие и чувствительные механизмы регулятора скорости. На рис. 40 представлен внешний вид колонки управления мощного котельного регулятора.
Колонка управления представляет собой сварной шкаф, внутри которого расположены все механизмы автоматического и ручного управления турбиной. В нижней части станины расположен главный распределительный золотник, связанный передачами с распределительным устройством колонки управления.
С нижней стороны к главному распределительному золотнику подводится масляный трубопровод, который связывает колонку управления с маслонапорной установкой и сервомоторами направляющего аппарата турбины.
Кроме того, через дно станины колонки управления пропущены вал маятника и вал выключателя. Первый соединен ременной передачей с валом турбины, второй кинематически связан со штоком сервомотора направляющего аппарата турбины. Все маховички и рукоятки, а также контрольные приборы и указатели расположены на лицевой стенке колонки управления. Колонка управления регулятора монтируется в машинном зале станции и крепится к полу фундаментными болтами.
На рис. 41, для примера, представлена конструктивная схема котельного регулятора скорости, установленного для регулирования турбины Каплана. Здесь в развернутом виде представлены все механизмы колонки управления, главного распределительного золотника и комбинатора.
Рис. 40. Колонка управления котельного регулятора K-150
Кроме того, дана схема масляных трубопроводов и кинематических передач, связывающих колонку управления со всем гидромеханическим оборудованием’ агрегата.
Маятник этого регулятора по своей конструкции подобен маятнику рассмотренного нами ранее проточного регулятора.
Главный распределительный золотник относительно прост по своей конструкции и перемещается с помощью передач от вспомогательного сервомотора с побудительным золотником.
Конструкция механизмов распределительного устройства и ручного управления представлена на схеме.
Рис. 41. Конструктивная схема котельного регулятора
Действие автоматической части регулятора
При сбросе нагрузки число оборотов агрегата, а значит, и центробежного маятника 1 (рис. 41), увеличивается, при этом грузы маятника расходятся и перемещают штифт 2 маятника вверх. Рычаг 3 поворачивается вокруг шарнира рычага 4 и при помощи тяги 5 и коромысла 6 перемещает иглу 7 малого золотника вниз.
Масло под давлением, подводимое к малому золотнику через фильтр 8, поступает под поршень вспомогательного сервомотора 9 главного золотника, вследствие чего поршень перемещается вверх. Вместе с поршнем будет перемещаться вверх и игла малого золотника 7, связанная со штоком поршня коромыслом 6. Это перемещение будет продолжаться до тех пор, пока игла малого золотника не вернется в среднее положение. С перемещением поршня вверх будет перемещаться на закрытие, при помощи коромысла 10г и главный распределительный золотник 11. Масло под давлением, подводимое по напорному трубопроводу 12 к главному распределительному золотнику 11, через нижние рабочие окна буксы золотника, гидравлический клапан 13 и трубопровод 14, попадает в правую полость сервомотора 15 направляющего аппарата турбины и перемещает поршень 16, а вместе с ним и лопатки направляющего аппарата турбины на закрытие. При этом расход воды через турбину уменьшается, и мощность турбины приходит в соответствие с новой нагрузкой.
Перемещаясь на закрытие, поршень сервомотора поворачивает кинематически связанный с ним вал выключателя 17. С валом выключателя шарнирно связаны шпиндель выключателя 18, на котором расположены фрикционно-лобовой изодромный механизм и клин выключателя 19. На клин опирается ролик рычага 4 и при перемещении клина влево, вместе со шпинделем выключателя 18, отводит серьгу вверх и тем перемещает через рычажную передачу 3, 5 и 6 иглу 7 малого золотника вверх. Вследствие этого поршень вспомогательного сервомотора 9 перемещается вниз и возвращает главный распределительный золотник 11 в среднее положение. В результате вышеизложенного процесса выключения число оборотов было бы отлично от числа оборотов перед началом регулирования. Для восстановления нормального числа оборотов с желаемой степенью неравномерности регулирования служит изодромный механизм, действие которого мы уже описывали.
Необходимая остающаяся неравномерность регулирования устанавливается с помощью поворота опорной планки, на которую опирается правый конец выключательного клина 19. Это осуществляется поворотом маховичка 20.
Действие механизмов автоматической части регулятора при увеличении или набросе нагрузки происходит в обратном направлении.
Действие механизма ручного регулирования можно проследить по той же схеме. Оно производится золотником ручного регулирования 21, который распределяет масло под давлением в полости сервомотора направляющего аппарата турбины. При работе агрегата на автоматическом регулировании (как это изображено на схеме) этот золотник застопорен в среднем положении при помощи кулачка 22 эллиптической формы, входящего без зазора в паз утолщенной части штока 23 золотника. Таким образом золотник перекрывает рабочие окна, и проход масла под давлением через золотник закрыт. Между тем, гидравлические клапаны 13 и 24 главного распределительного золотника открыты, и последний управляет перемещениями поршня сервомотора направляющего аппарата турбины.
При переключении регулятора на ручное регулирование поворачивают рукоятку 25, и насаженный на той же оси кулачок 22 поворачивается в горизонтальное положение, освобождая тем самым золотник ручного регулирования для его перемещения. Одновременно с поворотом рукоятки 25 поворачивается эксцентрик 26, перемещая специальный золотник 27 гидравлических клапанов в нижнее положение, и гидравлические клапаны 13 и 24 закрываются, отключая, таким образом, главный распределительный золотник от управления поршнем сервомотора направляющего аппарата турбины.
Управление механизмом ручного регулирования производится маховичком 28 через коробку передач механизма ручного регулирования 29. В коробке расположен гидравлический фрикцион, затормаживающий шестеренную передачу механизма с маховичком 28 в момент переключения на ручное регулирование при помощи масла под давлением, поступающего при этом по трубке 30. Благодаря действию фрикциона золотник ручного регулирования удерживается в установленном положении и не смещается от усилий, передающихся от рычажных передач выключателя. При повороте маховичка в ту или иную сторону с помощью передачи в коробке 29 и коромысла 31 золотник ручного регулирования 21 смещается и направляет масло под давлением в ту ли иную полость сервомотора 15 направляющего аппарата.
При перемещении поршня 16 сервомотора поворачивается вал выключателя 17 и при помощи рычага 32 и коромысла 31 возвращает золотник ручного регулирования 21 в среднее положение, подобно действию выключателя при автоматическом регулировании. Этим обеспечивается устойчивость ручного управления.
Действительно, благодаря связи механизма ручного регулирования с выключателем регулятора, ручное регулирование обладает тем ценным свойством, что в случае непроизвольного перемещения поршня сервомотора направляющего аппарата турбины, при среднем положении золотника ручного регулирования, последний немедленно несколько переместится из среднего положения (благодаря действию передачи к выключателю) и вернет поршень сервомотора в прежнее положение. Связь с выключателем сообщает механизму свойство автоматически сохранять положение направляющего аппарата турбины и при неизменной нагрузке — заданное число оборотов агрегата.
В конструкции подобного рода котельных регуляторов обычно всегда предусматривается механизм управления стопором сервомотора направляющего аппарата турбины. Управление сервомотором стопора производится при помощи специального распределительного золотника или вентиля, имеющего рукоятку управления на колонке регулятора. На рассмотренной выше схеме стопор и сервомотор стопора 33 связаны масляным трубопроводом 34 и 35 с золотником стопора 36 и управляются рукояткой 37, вынесенной на переднюю стенку регулятора.
Колонка управления регулятора скорости подобного типа применяется и для других типов турбин, например турбин Френсиса и пропеллерных.
В настоящее время существуют колонки управления регулятора, в которых главный распределительный золотник выделен в отдельный узел или блок. При этом обычно золотниковый блок выносится либо к сервомотору направляющего аппарата турбины, либо в отдельный блок, расположенный под колонкой управления. В каждом из таких вариантов установки колонка регулятора снабжается вспомогательным сервомотором, подобно сервомотору 9 главного золотника рассмотренного регулятора, связанного с главным золотниковым блоком тягами или другими кинематическими передачами.
Управление регулятором
Пуск и остановка турбины возможны лишь при рабочем состоянии маслонапорной установки. В котельных регуляторах ручное управление турбиной производится специальным золотником ручного регулирования, приводимым в действие машинистом станции. К золотнику подводится масло под давлением от маслонапорной установки. Поэтому перед пуском турбины необходимо привести маслонапорную установку в рабочее состояние. Только после этого можно приступить к пуску турбины.
Для этого надо произвести следующие операции:
- открыть запорный вентиль на сливном маслопроводе от резервуара или бака маслонапорной установки к колонке управления регулятора;
- открыть запорный вентиль на маслопроводе от масловоздушного котла маслонапорной установки к колонке управления регулятора;
- открыть затворы или щиты (если они были закрыты) перед направляющим аппаратом турбины и заполнить водой спиральную камеру турбины;
- проверить состояние ременных или электрических передач привода к центробежному маятнику колонки управления регулятора;
- проверить состояние смазки механизмов колонки управления регулятора;
- проверив действие механизма ручного регулирования и прижав этим механизмом направляющий аппарат, на закрытие, выключить стопор сервомотора направляющего аппарата турбины;
- медленно открывая направляющий аппарат механизмом ручного регулирования, пустить турбину до числа оборотов холостого хода, наблюдая за числом оборотов по тахометру регулятора или турбины;
- установить механизм ограничения открытия в положение, соответствующее несколько большему открытию, чем при холостом ходе;
- пользуясь механизмом изменения числа оборотов, установить главный распределительный золотник в среднее положение;
- обратить внимание на правильную работу изодромного механизма (компенсатора) и механизма, передающего колебания или вибрации игле распределительного золотника;
- открыть запорный вентиль, подающий масло под давлением к главному распределительному золотнику;
- быстро переключить турбину на автоматическое регулирование, для чего повернуть рукоятку, стопорящую золотник ручного регулирования и включающую в действие главный распределительный золотник;
- если регулятор и турбина, а также электрическая часть агрегата не обнаруживают каких-либо ненормальностей, турбину можно нагружать.
Остановка агрегата обычно производится на ручном регулировании, но может быть произведена и механизмом ограничения открытия.
После полного закрытия направляющего аппарата в момент остановки необходимо включить стопор турбины.
