Назначение и принцип действия САР

 

Объектом регулирования является турбокомпрессор ГТД (рис.3.1.), служащий для привода энергетической установки, например генератора пиковой электростанции, компрессорной установки. Гидромеханический регулятор непрямого действия предназначен для изменения и поддержания заданной частоты вращения ротора двигателя и энергетической установки (нагрузки). За регулируемый параметр принимается частота вращения ротора двигателя п, а за регулирующий фактор - расход топлива в двигателе G_T. Управляющим воздействием является изменение угла установки рычага управления двигателя (РУД) a_РУД, а возмущающим воздействием - изменение момента внешней нагрузки М_Н.

Регулятор частоты вращения включает в себя центробежный чувствительный элемент, приводимый во вращение через коническую зубчатую передачу от ротора двигателя, гидроусилитель, сервопоршень с золотниковым распределителем и исполнительный механизм в виде дроссельной иглы.

Рассмотрим работу САР при изменении внешней нагрузки. Пусть нагрузка, действующая на ротор двигателя 1, уменьшилась, что привело к увеличению частоты вращения п. При этом под действием центробежных сил грузчиков 2 шток 3, сжимая пружину 4, переместиться вниз. Ход пружины 4 снизу ограничен задающим устройством 5. Горизонтальный рычаг 6, связанный со штоком 3, повернется относительно правого его конца против часовой стрелки и приоткроет сопло-заслонку 7. Гидравлическое сопротивление сопла-заслонки 7 уменьшиться и давление

 

в полости над поршнем 8 снизится. На поршень 8 снизу действует сила давления топлива в сливной магистрали и сила поджатия пружин 9 и 10.

Под действием избыточной силы поршень 8 переместиться вверх и приоткроет сопло-заслонку 7. При движении поршня 8 вверх ослабится поджатие пружины 10, что приведет к уменьшению силы, действующей сверху на золотник 11. На золотник 11 снизу действует сила давления топлива в полости 12, которая сообщается через жиклер 13 с каналом 14 за дроссельной иглой 15. Золотник 11 под действием избыточной силы переместиться вверх и соединит правую полость сервопоршня 16 с каналом за клапаном постоянного давления (КПД), а левую полость - с каналом слива.

Сервопоршень 16 под действием перепада давления р_КПД - р_СЛ переместиться влево и уменьшит площадь проходного сечения дроссельной иглы. Давление за дроссельной иглой 15 (на входе в форсунки) уменьшится, что приведет к снижению расхода топлива G _T  в двигателе. При этом предполагается, что давление на входе в дроссельную иглу поддерживается постоянным (р_Т» const).

Снижение G_T  приводит к уменьшению частоты вращения п, но не до исходного уровня, а несколько выше. Это связано с тем, что в регуляторе реализована местная гидравлическая обратная связь по каналу 14. Так как на любом установившемся режиме золотник 11 должен находится в одном и том же положении, что меньшей силе давления р_ф, действующей на нижний торец золотника, должна соответствовать и меньшая сила противодействия пружины 10, т.е. несколько верхнее положение поршня 8. Это возможно только при некотором смещении вниз (относительно исходного режима) штока 3, т.е. при большей на величину статической ошибки частоте вращения п.

Таким образом в САР возникает погрешность Dп_СТ, что является ее недостатком. Однако наличие местной гидравлической обратной связи улучшает качество переходного процесса в САР. Это объясняется тем, что при регулировании в момент закрытия дроссельной иглы 15 и уменьшения давления р_ф (или расход топлива) уменьшается сила давления на нижний торец золотника 11, в результате еще до восстановления заданной частоты вращения начинает уменьшаться сигнал на снижение G_T. Это упреждающее действие регулятора приводит к плавному переходному процессу. В этом заключается преимущество такого статического регулятора.

Динамические свойства САР могут быть изменены без существенной переделки регулятора сменой пружин 9,10 изменением гидравлического сопротивления жиклера 13 и характеристик сопла-заслонки 7, соотношением плеч горизонтального рычага 6, профилировкой дроссельной иглы 15, а также изменением давления р_КПД.

 

3.2. Вывод дифференциальных уравнений звеньев

 

При выводе дифференциальных уравнений звеньев за положительные направления координат принимаются такие, которые соответствуют направлению движения элементов регулятора при увеличении частоты вращения ротора двигателя. Кроме того, принимается ряд упрощающих дополнений, исходя из низкочастотной расчетной модели элементов САР.