ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ И АВТОМАТИКА
1. НАЗНАЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ СКОРОСТИ ГИДРОАГРЕГАТОВ
Одним из основных требований к качеству электрической энергии, вырабатываемой гидроагрегатом, является постоянство частоты переменного тока. В электрических сетях Советского Союза частота переменного тока принята равной 50 периодам в секунду (герц).
Частота тока зависит от скорости вращения гидроагрегата, и, следовательно, для поддержания постоянной частоты тока необходимо все время иметь неизменную скорость вращения генератора, что возможно лишь при постоянном соответствии между нагрузкой генератора и мощностью турбины.
Обеспечение постоянства частоты тока в сети осуществляется изменением мощности турбины. Так как напор и к. п. д. турбины в каждый данный момент постоянны, то изменение мощности турбины может происходить лишь при изменении расхода воды, которое осуществляется поворотом лопаток направляющего аппарата, а в поворотнолопастных турбинах и одновременным поворотом лопастей рабочего колеса. Такое изменение открытий направляющего аппарата и положения лопастей рабочего колеса должно производиться одновременно с изменением нагрузки в сети.
Непрерывное поддержание постоянной скорости вращения гидроагрегата при изменяющейся нагрузке генератора путем приведения мощности турбины в соответствие с нагрузкой генератора осуществляется автоматическим регулятором скорости гидроагрегата.
2. ВИДЫ РЕГУЛЯТОРОВ
Механизмом автоматического регулятора скорости, воспринимающим изменение скорости вращения гидроагрегата и воздействующим через распределительное устройство регулятора на регулирующий орган турбины (направляющий аппарат, рабочее колесо), является маятник. По принципу действия маятники разделяются на центробежные, гидравлические и электрические.
В гидротурбостроении наибольшее распространение имеет центробежный маятник, в котором изменение скорости приводит к изменению- центробежной силы вращающихся грузов и соответствующему перемещению их. Перемещение грузов передается к распределительному устройству регулятора, которое через регулирующий орган приводит мощность турбины в соответствие с нагрузкой генератора.
В гидравлическом маятнике насос подает жидкость под давлением пропорциональным скорости вращения турбины, в цилиндр с поршнем. В соответствии с величиной давления поршень изменяет свое положение, воздействуя на элементы регулирования.
В современных электрогидравлических регуляторах, имеющих электрический маятник, при изменении скорости вращения гидроагрегата, а следовательно, и частоты тока электрический сигнал через соответствующие электрические схемы передается в электромеханический исполнитель, воздействующий на элементы регулирования турбины.
Все регуляторы скорости гидротурбин можно классифицировать по следующим признакам:
по способу регулирования: регуляторы прямого действия; регуляторы непрямого действия;
по принципиальной схеме питания маслом: регуляторы проточного типа; регуляторы котельного типа;
по принципиальной схеме регулирования скорости: изодромные регуляторы с воздействием по скорости; регуляторы с воздействием по скорости и ускорению;
по числу регулирующих органов:
регуляторы, воздействующие на один регулирующий орган; регуляторы, воздействующие на два регулирующих органа;
по конструкции:
регуляторы гидромеханические, в которых маятник и связи между отдельными элементами механические;
регуляторы гидравлические, в которых маятник, а иногда и основные передачи, гидравлические;
регуляторы электрогидравлические, в которых маятник и основные передачи электрические.
Применяемые в настоящее время регуляторы гидротурбин по своей принципиальной схеме в большей части одинаковы. Это регуляторы непрямого действия с воздействием по скорости, имеющие изодромную обратную связь и механизм остающейся неравномерности, а также различные механизмы настройки управления и автоматизации.
Для крупных гидротурбин применяются в основном гидромеханические регуляторы. Гидравлические регуляторы применяются иногда для небольших гидротурбин. Перспективными являются электрогидравлические регуляторы, применяемые в настоящее время на ряде крупных гидротурбин современных гидроэлектростанций.
3. РЕГУЛЯТОРЫ ПРЯМОГО И НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
В регуляторах прямого действия перемещающее усилие маятника должно быть достаточным для передвижения регулирующего органа турбины. В таком регуляторе маятник выполняет две функции: воспринимает изменение скорости вращения гидроагрегата и перемещает его регулирующий орган. Регуляторы прямого действия не могут развивать больших перемещающих усилий и вследствие этого применяются только для малых гидротурбин.
Для перемещения регулирующих органов крупных гидротурбин требуются большие усилия. Поэтому для регулирования современных турбин применяются регуляторы непрямого действия, характеризующиеся наличием специального гидравлического усилителя — сервомотора, выполняемого обычно в виде гидравлического цилиндра с поршнем, который перемещает регулирующий орган турбины. В такой схеме маятник выполняет роль механизма, следящего за скоростью вращения турбины. При изменении скорости вращения турбины маятник осуществляет перемещение распределительного золотника, который направляет рабочую жидкость под давлением в ту или иную полость сервомотора. При этом поршень сервомотора перемещается в заданном направлении и создает усилие, необходимое для перестановки регулирующих органов турбины. Тип и конструкция регулятора определяются способом подачи масла под давлением к распределительному золотнику.
4. ПРОТОЧНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
В регуляторах проточного типа (рис. 4-1) масло под давлением подается непосредственно к распределительному золотнику 1 непрерывно вращающимся насосом 2. В регуляторах этого типа распределительный золотник имеет отрицательное перекрытие, т. е. выступы (пояса) тела золотника не перекрывают полностью рабочие окна в корпусе. При среднем положении золотника, которое соответствует установившемуся режиму работы агрегата, между выступами тела золотника и кромками рабочих окон имеются зазоры, благодаря чему масло обтекает выступы тела золотника и, не производя работы, сбрасывается в сливной резервуар 3, откуда оно вновь засасывается насосом. Однако, как только тело распределительного золотника воздействием маятника 4 будет выведено из среднего положения, масло станет подаваться в соответствующую полость сервомотора 5 и создавать необходимое усилие для перемещения регулирующего органа турбины.
Для пуска гидроагрегата в работу, когда масляный насос не может работать из-за отсутствия энергии для привода его, применяется специальный механизм ручного регулирования, который может быть использован также для ручного регулирования работающей турбины.
Конструктивно регулятор проточного типа обычно выполняется в виде колонки, на которой установлены масляный насос, сервомотор с распределительным золотником и маятник. Внутри колонки располагается сливной резервуар.
Рис. 4-1. Схема проточного регулятора.
В регуляторах этого типа сложно создавать большие перестановочные усилия, и поэтому они применяются только для регулирования гидротурбин небольшой мощности.
