Паровые турбины высокого давления ЛМЗ - Блок золотника регулятора скорости

§ 47. Блок золотника регулятора скорости конденсационных турбин
Блок золотника регулятора скорости (фиг. 64) представляет собой устройство, в котором перемещения муфты регулятора скорости вызывают изменения давления масла, управляющего открытием сервомотора клапанов парораспределения. Кроме того, конструкция блока золотника обеспечивает закрытие клапанов парораспределения при срабатывании защиты турбины (регуляторов безопасности), а также. при перемещении муфты регулятора скорости до положения, соответствующего максимально допустимым оборотам турбины («дополнительная защита»).
Блок золотника регулятора скорости, который в дальнейшем для краткости именуется ЗРС, унифицирован для турбин типа ВК-100-2, ВК-50-1 и ВК-25-1.
ЗРС устанавливается на переднем блоке и крепится к передней стенке его с правой стороны. На корпусе ЗРС сверху расположен ограничитель мощности (см. § 48).
В корпусе ЗРС расположены два золотника 1 и 2 диаметрами 45 и 60 мм и их буксы 3 и 4. Золотник 0 45 имеет в нижней части заплечик с 0 105 мм, именуемый в дальнейшем «поршнем», и под ним утолщенную часть с 0 60 мм.
Связь золотников с муфтой регулятора скорости осуществляется через серьги 5, рычаги 6 и 7 и валик качающегося рычага.
Серьги 5 соединены с золотниками и с рычагом 6 шарнирами в виде сферических шариковых подшипников, а рычаг 6 связан с рычагом 7 с помощью «камней» игольчатого шарнира 8, сидящих в пазах рычага 7. «Камни» представляют собой прямоугольные колодки с игольчатыми подшипниками, в которых сидят пальцы осн рычага 6.
Благодаря наличию пружины растяжения 9 под золотником Ø 60 обеспечивается отсутствие. мертвого хода в шарнирах, прижатие камней ко дну паза рычага 7 и перемещение их вместе с этим рычагом. С другой стороны, возможность перемещения «камней» в пазах рычага 7 позволяет в случае необходимости (при пользовании ограничителем мощности) перемещать рычаг 6 вверх вместе с золотником 045 (см. § 48) независимо от положения конца рычага 7.
Примененная конструкция рычажных связей золотников Ø 45 и 60 допускает следующие перемещения системы:

1. при перемещении конца рычага 7 вверх или вниз в том же направлении могут перемещаться оба золотника или один из них, если другом остается неподвижным;
2. при перемещении вверх или вниз любого из золотников и неподвижном конце рычага 7 другой золотник перемещается в противоположном направлении.

Таким образом, регулятор скорости может воздействовать на оба золотника и независимо от этого золотинки могут воздействовать друг на друга.
Перемещение золотника Ø 45 достигается не непосредственным воздействием па него рычага 7, а изменением давления масла над поршнем Ø 105 в результате перемещения золотника с диаметром 60. Перемещение же золотника с диаметром60 происходит при повороте рычага 7, связанного с муфтой регулятора скорости.
Золотник Ø 60 при медленных перемещениях муфты практически не меняет своего положения, сохраняя его с точностью до +- 0,05 мм.
Напорное масло от насоса подводится в полость 11 блока ЗРС и через впускные окна в буксе 3 поступает к золотнику Ø 45, а затем через регулирующие окна в той же буксе в полость IV, откуда сливается через буксу в полость V, соединенную со сливом.
В зависимости от положения золотника Ø 45 его заплечик К в большей или меньшей степени открывает впуск масла в камеру IV через регулирующие окна в буксе и соответственно в большей или меньшей степени закрывает слив масла из камеры IV в камеру V.
На принципиальной схеме регулирования (фиг. 60) схема действия заплечика К и регулирующего окна в буксе иллюстрируется действием двух связанных между собой и противоположно направленных дросселей.
Давление в камере IV будет переменным, зависящим от положения золотника 0 45, а следовательно, и от положения муфты регулятора скорости. Это давление масла в дальнейшем именуется «импульсным» и используется для управления золотником сервомотора (см. фиг. 60 и § 49).
При установившемся режиме работы турбины золотник Ø 45 находится в равновесии под влиянием сил давления масла, действующих по обе стороны поршня Ø 105, выточенного, как наибольший заплечик золотника Ø 45.
На кольцевую поверхность под поршнем с диаметром 105 действует постоянное давление масла в камере VIII, которое равно 3,1+0,3 ат. Достигается это тем, что масло в камеру VIII подводится из центрального сверления в стержне золотника с диаметром 45, которое с помощью радиальных отверстий с с диаметром 2А3 соединяется с камерой напорного масла II не помощью другой группы отверстий с с диаметром 2,7А3 соединяется со сливной камерой V. Протекая через эту систему, масло дросселируется и между первой и второй группами отверстий устанавливается постоянное значение давления масла, указанное выше (3,1+0,3 кГ/см²).
Па кольцевую поверхность над поршнем действует давление масла в камере VI. Масло в эту камеру подается из напорной камеры VII золотинка Ø 60, куда оно поступает, предварительно пройдя через окна А в золотнике регулятора безопасности (см. описание защиты турбины в § 53).
Поступление масла из камеры VII в камеру VI происходит через камеру XI золотника Ø 60, которая соединена с камерой VI с помощью сверления во фланце. В камере VII давление масла равно 12 кГ/см². В камерах же XI и VI давление масла определяется положением заплечика Б золотника Ø 60 относительно окон В в буксе этого золотника.
Действие системы таково, что давление в камерах VI и XI автоматически поддерживается равным давлению под поршнем Ø 105, т. с. близким к 3,1 кГ/см². Достигается это следующим образом.
Если давление над поршнем упадет, то золотник 0 45 поднимется и через рычаг 6 опустит золотник Ø 60. Это приведет к поступлению масла из камеры VII в камеры XI и VI, так как заплечик Б приоткроет сверху окно в буксе золотника Ø 60. Давление в камере VI в связи с этим возрастет и будет увеличиваться до тех пор, пока золотник Ø 45 не опустится, приподняв тем самым (благодаря связи через рычаг 6) золотник Ø 60 в прежнее положение.
Если давление в камере VI возрастет, то это вызовет смещение золотника Ø 45 вниз и подъем золотника Ø 60, благодаря чему заплечик Б, приоткрыв окно В буксы Ø 60 снизу, соединит камеру XI со сливной камерой XII, в результате чего давление в камере VI упадет.
Нижняя часть золотника Ø 45 (под поршнем Ø 105) имеет диаметр 60 мм. Поэтому даже при одинаковом значении давления масла по обе стороны поршня Ø 105 сила, действующая на него сверху, больше, чем сила, действующая снизу (из-за разницы в величине поверхностей поршня, на которые действует давление масла).
Разница в силах, действующих на поршень Ø 105, через рычаг 6 передается на золотник Ø 60 и уравновешивает силу пружины 9.
ЗРС выполняет функцию дополнительной защиты турбины от чрезмерного увеличения числа оборотов. Осуществляется это следующим образом. Камеры VII и IX соединены между собой и масло поступает к ним через ограничительные окна в золотнике регулятора безопасности (четыре окна Ø 4 + 0,025 мм; см. § 52). Из камеры IX масло поступает в камеру X через два окна в буксе 10, которое имеют 6,5+-0,03 мм. При подъеме золотника Ø 45 на 16,5-+0,4 мм нижняя кромка золотника С откроет кольцевую щель в камере X буксы 10 и через эту щель произойдет слив масла в сливную камеру XII. В результате давление масла в камерах VII и IX и тем самым в масляном выключателе автоматического затвора упадет до 6,0 кГ/см² и автоматический затвор свежего пара закроется, так как масляный выключатель его срабатывает при давлении масла 6,5-+0,5 кГ/см². При дальнейшем подъеме золотника Ø 45 до 18 мм давление в камерах VII и IX упадет до 4,3 кГ/см². Для обеспечения нормальной работы ЗРС, это давление должно быть выше давления под поршнем Ø 105 (в камере VIII) не меньше чем на 0,7 кГ/см².
Число оборотов турбины, при котором сработает дополнительная защита, т. е. при котором золотник Ø 45 мм поднимется на 16,5 мм, зависит от положения синхронизатора. Действительно, синхронизатором вводится дополнительная пружина, сжимаемая качающимся рычагом при расхождении грузов регулятора скорости под действием увеличивающейся центробежной силы. Поэтому, в зависимости от величины сжатия этой дополнительной пружины, одно и то же положение муфты регулятора скорости, а следовательно, и золотника Ø 45 соответствует различным оборотам.
При положении синхронизатора, соответствующем номинальной нагрузке турбины при 3000 об/мин, дополнительная защита должна сработать при скорости вращения, несколько превышающей 3360 об/мин.
В случае прекращения подачи масла в камеру VII (IX), вследствие срабатывания регулятора безопасности (или расцепления рычагов регулятора безопасности от руки), давление в камере VI падает, золотник переходит на свой верхний упор благодаря натяжению пружины 9 золотника Ø 60. Камера IV импульсного масла при этом соединяется со сливной камерой V, и регулирующие клапаны закрываются.
Для лучшего уяснения конструкции и действия золотника регулятора скорости рассмотрим его работу при различных эксплуатационных условиях.
а) При неработающей турбине:
Предполагается, что рычаги регулятора безопасности сцеплены, синхронизатор и ограничитель мощности выведены из работы и пущен масляный турбонасос.
При неработающей турбине муфта регулятора скорости находится на левом упоре. Конец рычага 7 повернут в наинизшее положение. Пусковой масляный турбонасос поддерживает в камерах VII, XI, VI и VIII нормальное давление масла, в связи с чем золотник Ø 60 находится в среднем положении, а золотник Ø 45 в нижнем (на 3 мм выше упора). При этом слив масла в камеру V из камеры IV незначителен, камера II соединена через впускные окна буксы с камерой IV и давление импульсного масла близко к 12 кГ/см². Поршень сервомотора при этом находится в верхнем положении и клапаны регулирования полностью открыты.
Если бы давление масла в камере VII исчезло (например, в результате расцепления рычагов регулятора безопасности, см. § 49), то пружина 9 переместила бы золотник Ø 60 в наинизшее положение, и золотник Ø 45 благодаря связи с золотником Ø 60 с помощью рычага 6 оказался бы на верхнем упоре. При этом подвод масла из камеры II в камеру IV через впускные окна в буксе Ø 45 оказался бы перекрытым, а слив из камеры IV в камеру V — открытым, благодаря чему давление импульсного масла упадет и поршень сервомотора опустится и закроет клапаны регулирования.
б) При пуске турбины:
Когда число оборотов турбины при пуске достигнет примерно 2700 в минуту, грузы регулятора скорости под действием центробежной силы начнут раздвигаться, муфта регулятора скорости пойдет вправо и через качающийся рычаг и его валик (на который насажен рычаг 7) поднимет золотник 0 45. Давление импульсного масла при этом будет падать вследствие уменьшения открытия впускных окон и увеличения слива в камеру V из камеры IV. Это вызовет закрытие клапанов регулирования в той мерс, которая необходима для поддержания числа оборотов холостого хода. При вращении маховичка синхронизатора против часовой стрелки достигается некоторое снижение золотника и повышение давления импульсного масла, в результате чего число оборотов повышается до требуемого для синхронизации генератора и включения в сеть.
в) При нагружении турбины:
При увеличении электрической нагрузки, в случае одиночной работы турбогенератора, или при уменьшении частоты сети, когда турбогенератор работает параллельно с другими на общую электрическую сеть, число оборотов турбины несколько падает, грузы центробежного регулятора сходятся, и связанная с ними муфта регулятора идет влево. Соединенный с муфтой качающийся рычаг через валик и рычат ЗРС перемещает золотник диаметром 60 вниз из среднего положения, что вызовет подачу напорного масла в полость над поршнем диаметром  105 золотника Ø 45 и его перемещение вниз. За этим последует увеличение давления импульсного масла (так как заплечик К золотника Ø 45 увеличит открытие впускных окон в буксе и прикроет слив в камеру V), это в свою очередь вызовет перемещение поршня сервомотора и регулирующих клапанов в сторону увеличения открытия. Одновременно с этим рычаг 6 вернет золотник Ø 60 в среднее положение, заплечик Б этого золотника закроет подвод масла в камеру VI и перемещение золотника Ø 45 прекратится.
После этого наступит новое установившееся состояние регулирования, соответствующее увеличившейся нагрузке турбины.
г) При уменьшении нагрузки турбины:
При уменьшении электрической нагрузки, в случае одиночной работы турбогенератора, или при увеличении частоты сети, когда турбогенератор работает параллельно с другими на общую электрическую сеть, число оборотов несколько увеличивается, в связи с чем грузы регулятора скорости расходятся и муфта идет вправо. Рычаг 7 переместит золотник Ø 60 вверх, камера VI над поршнем Ø 105 сообщится со сливной камерой XII, что вызовет падение давления масла над поршнем Ø 105, подъем золотника Ø 45 и уменьшение давления импульсного масла, а следовательно, движение поршня сервомотора и клапанов регулирования на закрытие.

Перемещение золотника Ø 45 вверх благодаря связи его с золотником Ø 60 вызовет возвращение последнего в прежнее среднее положение и прекращение слива из камеры 17, т. е. прекращение движения золотника Ø 45. После этого наступит новое установившееся состояние peгулирования, соответствующее уменьшившейся нагрузке турбины.

Золотник для испытания регуляторов безопасности.

Для испытания защиты турбины от чрезмерного повышения числа оборотов необходимо поднять обороты турбины до 3330—3360 в минуту. Для этой цели в первых турбинах, на передней стенке корпуса переднего блока устанавливался специальный небольшой «золотник для повышения оборотов», который показан на схеме регулирования (фиг. 72) и защиты (фиг. 69). В турбинах последующих выпусков золотник для повышения числа оборотов был конструктивно объединен с блоком ЗРС. Именно эта последняя конструкция показана на фиг. 64.
Золотник для повышения оборотов 11 даст возможность соединить через окна в буксе 12 полость напорного масла II с камерой IV импульсного масла к золотнику сервомотора. При соединении этих камер давление импульсного масла будет возрастать сверх того, которое устанавливается при наинизшем рабочем положении золотника 0 45, и клапаны парораспределения откроются так, как нужно для повышения оборотов до 3330—3360 в минуту.
Во избежание случайного открытия золотника 11 для повышения оборотов при работающей турбине, его маховичок имеет замок, а самый золотник перекрывает окна в буксе 12 на 5 мм. Пользоваться этим устройством для повышения оборотов можно исключительно при холостом ходе турбины, отключенной от сети, и согласно указаниям в разделе «Защита турбины».

Эксплуатационные указания

При эксплуатации турбины в отношении ЗРС необходимо выполнять следующее:

1. До и после ревизии турбины следует проверять надлежащую сборку и состояние деталей ЗРС путем снятия характеристик регулирования. То же самое необходимо при замене золотников и букс запасными или при изменении центровки ЗРС (например при смене редуктора и вызванной этим перецентровке регулятора скорости).
2. В случае неполучения контрольных данных по давлению масла в зависимости от положения золотника 0 45 производится перештифтование рычага 7 на валике качающегося рычага. Кроме того, для достижения правильного функционирования дополнительной защиты турбины от разгона может оказаться необходимым изменить толщину подкладного кольца 13 под буксой 10 или несколько увеличить размер окон в этой же буксе (два окна Ø 6,5-0,03 мм), если, например, благодаря неплотности в масляном выключателе автоматического затвора поступление масла в камеры VII и IX окажется настолько велико, что перемещение золотника Ø 45 на 16,5 мм вверх будет недостаточно для снижения давления в камерах IX и VII до 6 кГ/см².
3. После ревизии турбины может оказаться, что снизилось давление за золотником регулятора безопасности (например, стало 11 кГ/см² вместо 11,7—12,0 при напорном давлении 12 кГ/см²). Может также оказаться, что зависимость положения сервомотора от положения золотника Ø 45 до и после ревизии различны.

Причинами этих нарушений могут быть:
а) неплотности в маслопроводе внутри переднего подшипника (в ниппелях и фланцах), в частности, соединяющих камеру IV с золотником сервомотора;
б) внутренние переточки между камерами блока золотников через неплотности в стыке фланца блока с корпусом переднего подшипника, к которому он крепится. Если камера XI (или, что то же, VI) окажется соединенной с камерами слива или напорного давления масла, золотник Ø 60 перестает сохранять среднее положение. При медленном подъеме золотника Ø 45, золотник Ø 60 окажется несколько выше (например, на 0,15—0,25 мм), чем при медленном опускании золотника Ø 45. Для предотвращения вышеуказанных неполадок при ревизиях следует перед сборкой тщательно очищать фланец блока золотников и, в случае необходимости, пришабрить стыкующиеся поверхности.
Для уплотнения фланца можно ограничиться топким слоем бакелитового лака, следя за тем, чтобы при нанесении его на плоскости фланцев он не мог попасть в отверстия камер блока золотников, где он может вызвать засорение отверстий малого диаметра.

1. Во время работы турбины необходимо следить за давлением масла по обе стороны поршня 0 105 золотника Ø 45, которое должно равняться ρVIII =3,1 + 0,3 кГ/см² и ΡVI, также равное ΡVIΙI+-0,25 кГ/см. Снижение давлений РVIΙI и ΡVI указывает на засорение отверстий Ø 2. Нельзя допускать течи в краниках манометров и в местах присоединения трубок. При ревизии необходимо проверять чистоту Ø диаметром 2А3 и Ø 2,7А3, соединяющих центральное сверление золотника Ø 45 с камерами напорного и сливного масла.
2. При ревизии, пустив насос, следует проверить, что стрелка ограничителя мощности находится на делений «0» с точностью до +0,3 мм при начале подъема золотника диаметром 45 ограничителем мощности (см. § 48).
3. В случае смены деталей для правильной работы ЗРС некоторые, из них надлежит заменить комплектно. Так, при смене золотника Ø 45 необходимо сменить буксы 3 и 10 и подкладное кольцо нижней буксы 13.