6. РЕГУЛИРОВАНИЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПО СКОРОСТИ
Процесс регулирования изодромным регулятором, когда центробежный маятник отзывается на изменение скорости вращения агрегата в случае уменьшения нагрузки на генератор, происходит в следующем порядке (рис. 4-2).
При установившемся режиме гидроагрегата и постоянной скорости его вращения муфта центробежного маятника, рычаг ОАВ и распределительный золотник будут находиться в среднем положении. Если нагрузка на генератор уменьшится, то скорость вращения гидроагрегата будет увеличиваться, повысится также скорость вращения центробежного маятника, что вызовет перемещение его муфты вверх. Рычаг ОАВ повернется при этом вокруг точки А, займет новое положение О'АВ' и своим концом сдвинет распределительный золотник вниз. Масло поступит в правую полость сервомотора, и поршень его передвинется влево, уменьшая открытие направляющего аппарата, что соответственно снизит расход воды через турбину и уменьшит скорость вращения. Одновременно поршень сервомотора через масляный катаракт, который в первый момент будет работать как жесткая связь, так как масло не успеет перетечь через дроссельные отверстия, начнет перемещать вверх точку А рычага. Рычаг в положении О'АВ', поворачиваясь вокруг точки О', будет сжимать пружину катаракта и возвращать распределительный золотник вверх, к среднему положению. Рычаг при этом займет положение О'В. Но пружина катаракта будет стремиться занять свое первоначальное положение, возвращая точку А вместе с поршнем катаракта в среднее положение.
При движении точки А вниз рычаг будет поворачиваться вокруг муфты маятника и перемещать распределительный золотник снова вниз, на закрытие направляющего аппарата. Процесс регулирования завершится только тогда, когда поршень катаракта и распределительный золотник возвратятся в первоначальные положения. При этом скорость вращения агрегата установится нормальной, а направляющий аппарат займет положение, в котором мощность турбины будет соответствовать новой нагрузке генератора.
Регулирование при увеличении нагрузки на генератор выполняется аналогично регулированию при уменьшении нагрузки, только перемещения механизмов регулирующей системы происходят в обратном порядке.
7. РЕГУЛИРОВАНИЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПО СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЮ
При регулировании по скорости центробежный маятник отзывается на изменение скорости агрегата, и муфта маятника в этом случае перемещается пропорционально изменению скорости вращения. В такой системе регулятор начинает действовать не одновременно с мгновенным изменением нагрузки генератора, а с некоторым запаздыванием и при частичном открытии окон распределительного золотника. Это приводит к некоторому отставанию начала действия системы регулирования.
С целью устранения такого замедления в современных системах регулирования иногда применяют регуляторы, отзывающиеся не только на изменение скорости вращения, но и на ускорение этого вращения при изменении нагрузки на агрегат. В первый момент процесса регулирования ускорение сразу же приобретает максимальное значение, тогда как изменение скорости в это время равно почти нулю. Отзываясь на максимальное ускорение, регулятор сразу же открывает окна распределительного золотника на значительную величину. Следовательно, поршень сервомотора регулирующего органа начнет перемещаться в нужном направлении еще до того, как изменение скорости вращения агрегата и центробежного маятника достигнет некоторой величины, необходимой для соответствующего открытия окон распределительного золотника.
Главным преимуществом таких регуляторов является то, что при резком изменении нагрузки временное изменение скорости вращения агрегата значительно меньше, чем в схеме регулирования только по скорости. Заметно уменьшается также величина повышения давления в подводящем трубопроводе при гидравлическом ударе, возникающем после сброса нагрузки.
В схемах регулятора по скорости и ускорению, помимо обычного центробежного маятника (измерителя скорости), применяется устройство, измеряющее ускорение, называемое инерционным измерителем ускорения.
8. ДВОЙНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОТУРБИН
В поворотнолопастных и ковшовых гидротурбинах имеются два регулирующих органа, и мощность, развиваемая турбиной, определяется положением каждого из них. Одна и та же величина мощности турбины может быть получена при различных сочетаниях положений ее регулирующих органов, однако для каждого установившегося режима работы существует наивыгоднейшее взаимное их расположение. Оптимальную зависимость между положением регулирующих органов при различных установившихся режимах работы турбины называют комбинаторной зависимостью. Для поворотнолопастных гидротурбин это — зависимость между открытием направляющего аппарата и углом разворота лопастей рабочего колеса, а для ковшовых — зависимость между положением иглы сопла и отклонителем струи. Группу механизмов системы двойного регулирования, координирующих взаимное положение сервомоторов регулирующих органов, называют комбинатором.
Комбинатор представляет собой клин или кулачок с криволинейным профилем, который кинематически связан с поршнем сервомотора направляющего аппарата турбины и перемещается одновременно с открытием или закрытием направляющего аппарата. На клин или кулачок опирается рычаг с роликом, связанный с золотником регулятора. Кроме комбинатора, система двойного регулирования дополнительно снабжается сервомотором, управляющим вторым регулирующим органом и распределительным золотником.
Рис. 4-3. Схема двойного регулирования поворотнолопастной гидротурбины.
Комбинаторная зависимость, соответствующая наивыгоднейшему к. п. д. турбины, должна изменяться соответственно изменению напора станции. Такие изменения зависимости, называемые настройкой комбинатора по напору, осуществляются пространственным изменением формы кулачка комбинатора.
В поворотнолопастных гидротурбинах направляющий аппарат и лопасти рабочего колеса приводятся в движение отдельными сервомоторами. Сервомотор направляющего аппарата, действующий, как правило, быстрее сервомотора рабочего колеса, используется как ведущий. Он управляется непосредственно от воздействия маятника, а сервомотор рабочего колеса является ведомым, и им управляет комбинатор в зависимости от положения направляющего аппарата.
На рис. 4-3 представлена принципиальная схема двойного регулирования поворотнолопастной турбины. Действие этой системы регулирования при частичном сбросе нагрузки происходит в следующем порядке. В результате повышения скорости вращения агрегата маятник 1 перемещает золотник 2 вверх и поршень сервомотора 3 будет передвигаться влево, закрывая направляющий аппарат турбины. Одновременно поршень катаракта 4 смещается вверх, осуществляя изодромную обратную связь, а механизм остающейся неравномерности 5 передвигает вверх правое плечо рычага 6. При этом ролик комбинатора 7 смещается по кулачку 8 вниз. Перемещение ролика вниз приводит к перемещению вниз золотника 9, вследствие чего поршень сервомотора 10 будет двигаться вверх, уменьшая разворот лопастей рабочего колеса и приводя к среднему положению золотник 9 с помощью рычага обратной связи 11.
В результате этих действий механизмов регулирования направляющий аппарат и лопасти рабочего колеса двигаются на закрытие, и скорость вращения агрегата начинает уменьшаться из-за снижения скорости вращения маятника и действия обратной связи. Золотник 2 возвращается в среднее положение и перемещается далее вниз, вследствие чего поршень сервомотора 3 начнет двигаться вправо на открытие направляющего аппарата, а комбинатор будет разворачивать лопасти рабочего колеса на открытие. Далее происходят затухающие колебания системы регулирования. Изменение установившейся скорости вращения агрегата вручную или дистанционно может осуществляться механизмом 12.
Рис. 4-4. Схема двойного регулирования ковшовой гидротурбины.
В ковшовых гидротурбинах при сбросах нагрузки на генератор быстрое закрытие регулирующего органа — игольчатого сопла для уменьшения мощности турбины недопустимо из-за возникновения гидравлического удара в напорном трубопроводе. Поэтому резкое снижение мощности в этих турбинах осуществляется специальным быстродействующим отсекателем струн, который отклоняет струю, направляя ее мимо лопаток рабочего колеса. Для быстрого уменьшения мощности необходимо, чтобы отсекатель включался в работу как можно быстрее, следовательно, рабочая кромка его должна находиться вблизи от поверхности струн. Диаметр же струн не является постоянным и зависит от мощности турбины, т. е. от положения иглы, поэтому положение отсекателя тоже не является постоянным. Согласование наивыгоднейших положений рабочей кромки отсекателя и иглы сопла производится комбинатором.
На рис. 4-4 представлена наиболее распространенная принципиальная схема регулирования ковшовой, гидротурбины. В этой схеме ведущим является более быстродействующий сервомотор отсекателя. Передача изодромной связи идет от этого же сервомотора, а сервомотор иглы сопла управляется комбинатором.
В рассматриваемой схеме после значительного сброса нагрузки и повышения скорости вращения турбины маятник 1 через систему рычагов смещает золотник 2 вверх и сервомотор 3, двигаясь вправо, начинает перемещать отсекатель 4 на закрытие, одновременно перемещая ролик по клину комбинатора 5 вниз. При этом рычаг 6 смещает золотник 7 вниз, вследствие чего сервомотор 8 перемещает иглу сопла 9 на закрытие.
Передача обратной связи через катаракт 10 смещает золотник 2 вниз к среднему положению. При этом скорость вращения турбины, достигнув некоторого максимума, начнет снижаться.
Далее золотник 2, пройдя среднее положение и идя вниз, начнет смещать сервомотор 3 на открытие и отсекатель станет выходить из струи, увеличивая мощность турбины. Происходит ряд затухающих колебаний системы регулирования, и скорость вращения турбины приближается к нормальной. По окончании регулирования скорость вращения турбины установится в соответствии с положением рычага 11, перемещаемого механизмом остающейся неравномерности 12 или механизмом изменения скорости вращения 13.
При малых колебаниях системы регулирования движения отсекателя не сказываются на изменении мощности турбины, так как перемещения режущей кромки отсекателя происходят вне струи. Изменение мощности турбины производится лишь перемещением иглы сопла.
В случаях резкого увеличения нагрузки отсекатель лишь дальше отходит от струи, а повышение мощности турбины происходит благодаря движению иглы сопла на открытие.
