Регуляторы и преобразователи

Гидромеханический датчик ВТИ1
Все механические датчики основаны на том, что центробежная сила грузов уравновешивается силой упругости пружин. Изменение центробежной силы грузов вызывает соответствующее изменение натяжения пружины. Таким образом, измеренная угловая скорость регулятора (квадрату которой пропорциональна центробежная сила) преобразуется в перемещение выходного элемента регулятора — муфты, которое передается последующим звеньям системы регулирования. В гидравлических системах перемещения муфты преобразуются в дальнейшем в гидравлический импульс.
В датчике ВТИ центробежная сила грузов уравновешивается давлением жидкости, что позволяет исключить дополнительные преобразования импульса.
Грузик состоит из фторопластового основания полуцилиндрической формы, на которое опирается лента 2, и металлического кольца, свободно продетого через основание грузика. Центр тяжести составного грузика расположен на большем радиусе, чем радиус поверхности, на которую опирается лента. Это способствует статической устойчивости положения грузика по отношению к ленте. Высокое расположение центра тяжести металлического кольца и его свободное соединение с основанием обеспечивают постоянство радиального направления плоскости этого кольца при вращении датчика.
Центробежная сила С грузика 1 уравновешивается натяжениями S и 52 двух ветвей ленты 2. Один конец этой ленты жестко крепится к корпусу 6, второй — к отбойной пластине 3. Отбойная пластина 3 закрывает выход жидкости из сопла 5, благодаря чему| в сопле создается давление рХУ действующее на отбойную пластину 3 и уравновешивающее усилия, передаваемые лентой 2 от всех грузиков датчика. Этот импульс по трубе 4 передается измерителю. Обычно число грузиков выбирается равным трем. Это наименьшее число опор пластины 3, обеспечивающее определенность ее положения относительно выходной кромки сопла.
Центробежная сила  уравновешивается геометрической суммой сил S1 и S2
Итак, уменьшение Дрс или, что то же, уменьшение быстродействия измерителя определяется тем, что в динамике появляется дополнительный расход жидкости, который нарушает связь между открытием окна.
В тех же условиях датчик ВТИ ведет себя иначе. При увеличении числа оборотов закрывается выходное сечение сопла, «давление рх возрастет и поршень, растягивая пружину, начнет двигаться. На заполнение освобождаемого объема потребуется дополнительный расход но давление при этом не снизится, потому что центробежная сила грузов регулятора заставит отбойную пластину дополнительно переместиться, восстанавливая давление рх до уровня, соответствующего статическому значению. Предельная скорость, с которой может двигаться поршень, определяется тем, что отбойная пластина может полностью закрыть выход из сопла, и тогда весь расход жидкости, который шел через щель б, будет направлен в измеритель. Для этого случая можно написать.
В действительности максимальная скорость будет несколько меньше из-за того, что при повышенном значении рх расход жидкости через постоянный дроссель f0 будет меньше. Чем больше величина, тем меньше будет сказываться на быстродействии измерителя увеличение рх.
Предельное значение скорости v поршня измерителя достигается, когда он будет в точности следовать за изменением измеряемой величины. В свою очередь предельная скорость изменения рх определяется максимальной скоростью повышения угловой скорости ротора при сбросе полной нагрузки. Если принять, что паротурбинный агрегат не обла-. дает саморегулированием, то тогда максимальное изменение угловой скорости ротора при сбросе полной нагрузки на начальном участке переходного процесса определяется уравнением

Компенсация осевых смещений датчика
Датчик ВТИ обеспечивает самокомпенсацию и при некотором осевом смещении вала, сохраняя практически неизменным. По ранее рассмотренным примерам можно установить, что осевое смещение датчика в пределах 0,5 мм практически сохраняет импульсное давление неизменным (отклонение не превышает допустимой степени нечувствительности, хотя в данном случае это отклонение ничего общего •е нечувствительностью не имеет). Поэтому на тех агрегатах, где упорный подшипник ротора расположен у переднего конца вала, датчик может быть жестко укреплен на конец вала. В этом случае при смещении ротора в пределах разбега в упорном подшипнике датчик будет сохранять рх неизменным.
Все мощные агрегаты, начиная с мощности 300 Мет и выше, имеют упорный подшипник между цилиндрами высокого и среднего давлений. В этом случае передний конец вала смещается в осевом направлении на 4—5 мм. Укрепление датчика на конце вала потребовало бы компенсации больших осевых смещений. По уравнению (7-11) при а = р = 45° и /=105 мм /4=92 мм и #=100 мм, Apjpx=0,012AL.
Если принять AiL=5 мм, то Арх!рх=0,06. При степени неравномерности 0,05 Арх макс/рх==0,1 И тогда Арх/Арх макс —0,06/0,1 =0,6, т. е. при таком смещении конца вала нагрузка изменится на 60%э что, конечно, недопустимо.
Для этого случая была разработана конструкция датчика с вращающимся соплом.
Датчик имеет три грузика. Грузики опираются на ленту, один конец которой жестко прикреплен к корпусу датчика, а второй — к отбойной пластине 9. Эта пластина жестко связана с тонкой мембраной 10, которая по наружному контуру закреплена между фланцем 2 и корпусом 8 датчика. Сопло 6 прикреплено к корпусу фланцем и, кроме того, центруется во внутренней расточке корпуса. Сопло 6 входит внутрь неподвижного корпуса 5, в котором установлено свободно «плавающее уплотняющее кольцо 4, отгораживающее камеру а от наружного пространства. В камеру а подводится вода, поток которой раздваивается: одна часть проходит через зазор между уплотняющим кольцом и соплом, а другая —через зазор между неподвижным дросселем и соплом, затем направляется во внутреннюю полость сопла 6 и далее вытекает через зазор между отбойной пластиной и наружной кромкой сопла. Тонкий конец сопла, соединенный решеткой с его основной частью, проходит наружу из корпуса для подключения ручного тахометра. Этот конец также уплотнен свободно плавающим кольцом.
В камеру а вода подается через постоянный дроссель. Такая схема несколько снижает компенсационную способность датчика, но упрощает настройку, так как дает возможность регулировать подвод воды в сопло.

Датчик ВТИ с повышенной самокомпенсацией
При неизменной угловой скорости ротора и осевом смещении корпуса датчика (при неподвижном сопле) изменяются как углы аир, так и радиус вращения центра тяжести грузиков 1 — R (см. рис. 7-3). При смещении корпуса датчика в направлении на сопло радиус R уменьшается, уменьшаются и оба угла а и р и их тангенсы. Но, как было показано выше, изменения радиуса влияет на давление рх меньше, чем изменение углов, и поэтому при смещении корпуса на сопло давление рх возрастает.
По-видимому, полной самокомпенсации датчика можно добиться только при условии, если при осевом смещении датчика приращения углов а и р будут разных знаков.
Подобная конструкция изображена на рис. 7-6. При осевом перемещении корпуса в сторону сопла радиус R и угол <х уменьшаются, но угол р возрастает, что и позволяет добиться полной самокомпенсации осевого смещения.
Центробежная сила С грузика разлагается на две составляющие Ci и С*2. Сила Сч уравновешивается реакцией опоры, а сила С\ — натяжением S ленты и силой сопротивления Si грузика. В данном случае Si вызывает продольное сжатие грузика. Примем, что величина С4 пропорциональна.
В действительности коэффициент k\ не постоянен, поскольку при повороте грузик без скольжения перекатывается по корпусу и точка его касания смещается, что и вносит некоторые искажения в расчет, но, конечно, не меняет принципиальной основы выводов. Будем считать, что kx—постоянная величина т. е. даже при таком большом смещении изменение рх составляет 1,7% от иоминально-го значения. Подбирая значение R более точно, можно получить еще меньшие изменения импульсного давления при осевом смещении ротора.
Так как осевые смещения ротора происходят относительно медленно, они легко могут быть компенсированы соответствующим воздействием на систему регулирования через механизм управления.
Проведенные подробные расчеты показали, что важно точнее устанавливать угол а. Даже относительно большие неточности в установке Р сравнительно мало влияют на компенсационную способность датчика.


Яндекс.Метрика