В регуляторах котельного типа (рис. 4-2), применяемых для крупных гидротурбин, масло под давлением поступает к распределительному золотнику 1 из масловоздушного котла 2, который представляет собой аккумулятор энергии, расходуемой в процессе регулирования турбины. Уровень и давление масла в котле поддерживается насосом 3, снабженным клапанами: предохранительным 4, перепускным 5 и обратным 6. Сжатый воздух в котле, нагнетаемый компрессором, обеспечивает запас энергии, достаточный для пуска турбины и управления ею в течение некоторого времени в случае выхода из строя масляного насоса.
Распределительный золотник котельного регулятора имеет положительные перекрытия, т. е. при среднем положении золотника рабочие окна в корпусе перекрываются полностью выступами тела золотника. В процессе регулирования, когда распределительный золотник под воздействием центробежного маятника 7 перемещается в ту или другую сторону, масло под давлением поступает из масловоздушного котла через открытые рабочие окна золотника в цилиндр сервомотора 8 и создает усилие, необходимое для поворота лопаток направляющего аппарата. В поворотнолопастных гидротурбинах масло одновременно подается и в сервомотор рабочего колеса через его золотник, который управляется специальным комбинаторным устройством, обеспечивающим необходимую синхронизацию поворота лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата.
Вследствие того что генератор должен вырабатывать всегда ток определенной частоты, требуется, чтобы система регулирования не только обеспечивала постоянную скорость вращения турбины в установившемся режиме, но и поддерживала ту же скорость вращения по окончании процесса регулирования.
Пределы, в которых регулятор удерживает скорость вращения агрегата при установившихся режимах работы, называют степенью остающейся неравномерности регулирования. Степень остающейся неравномерности регулирования равна:
где n1 — скорость вращения агрегата на холостом ходу; п2 — скорость вращения при полной нагрузке;
nср — средняя скорость вращения, равная п1+п2/2
В современных гидроагрегатах степень остающейся неравномерности регулирования допускается в пределах 2—4%.
Рис. 4-2. Схема котельного регулятора.
Получение практически одинаковой скорости вращения после регулирования достигается применением обратной связи (выключателя) 9 между передачей к золотнику и поршнем сервомотора.
Обратная связь может быть выполнена жесткой шарнирной или с изодромным (упругим) механизмом.
Регуляторы с жесткой обратной связью работают устойчиво лишь при значительной величине степени остающейся неравномерности (10— 12%). Поэтому такие регуляторы применяются только для мелких гидроагрегатов.
Для крупных гидроагрегатов применяются регуляторы с изодромным механизмом обратной связи 10, дающим возможность уменьшить или полностью исключить неравномерность регулирования.
Изодромный механизм представляет собой такое устройство, которое, будучи выведено из среднего положения, само с необходимой заранее установленной скоростью возвращается в среднее положение. Изодромный механизм выполняется обычно в виде пружинно-масляного катаракта (компенсатора), состоящего из заполненного маслом цилиндра, внутри которого размещены поршень и пружины, перемещающие поршень в ту или другую сторону относительно цилиндра. Цилиндр катаракта связан рычажной или тросовой передачей с поршнем сервомотора направляющего аппарата, а поршень катаракта — с передачей от маятника к распределительному золотнику. В поршне катаракта имеются небольшие отверстия, через которые масло может медленно перетекать из одной полости в другую. Это происходит, когда поршень катаракта отклоняется от своего среднего положения во время изменения нагрузки генератора при движении сервомотора на закрытие или открытие.
Котельные регуляторы скорости средних и крупных гидротурбин состоят обычно из колонки управления, отдельной маслонапорной установки (МНУ), сервомоторов направляющего аппарата, сервомотора рабочего колеса: (у поворотнолопастных турбин) и системы масляных трубопроводов. В некоторых конструкциях современных мощных регуляторов колонка управления объединена с маслонапорной установкой в одни блок.
В колонке управления расположены: центробежный маятник, распределительные золотники регулятора скорости и комбинатора и механизмы управления турбиной (механизм остающейся неравномерности, механизм изменения скорости вращения, устройство для автоматического пуска и остановки турбины, механизм ограничения открытия и др.). В связи с тем что распределительный золотник не обеспечивает больших перестановочных усилий, в регуляторах скорости мощных гидротурбин применяется распределительная система, состоящая из вспомогательного сервомотора, побудительного золотника и главного распределительного золотника.
Маслонапорная установка, предназначенная для обеспечения маслом под давлением всей системы управления и регулирования турбиной, состоит из напорного масловоздушного котла, сливного бака и масляных насосов с арматурой.
Сервомоторы направляющего аппарата и рабочего колеса устанавливаются соответственно вблизи от регулирующего кольца и во втулке рабочего колеса и связываются с колонкой управления масляными трубопроводами и рычажными или тросовыми передачами обратной связи.
