2020-09-24
269
Задачей регулятора является поддержание постоянной скорости вращения гидротурбины. Эту задачу выполняет центробежный регулятор (рис. 4), состоящий из муфты 1, грузиков 2, пружины 3, рычаг АВС и иглы форсунки 5.
Датчиком измерения скорости вращения турбины Iизм являются грузики 2 регулятора, задатчиком скорости Iзад - пружина 3. Сравнение заданной скорости Iзад c измеренной Iизм происходит при взаимодействии сил Fц и Fп, где:
- Fц – центробежная сила, действующая на грузики при их вращении;
- Fп – сила пружины. Fц=m×ω2×R (m -масса грузика, ω -угловая скорость вращения грузиков, R- радиус, расстояние грузиков от оси регулятора).
Исполнительным устройством являются рычаг АВС и игла форсунки 5.
Вода поступает на форсунку, подача воды регулируется иглой форсунки 5. Движением иглы управляет рычаг АВС. В свою очередь движением рычага управляет центробежный регулятор скорости вращения. Передача скорости вращения гидротурбины центробежному регулятору осуществляется через конические шестерни.
|
|
|
| Рис 4. Регулятор скорости вращения ковшовой гидротурбины прямого действия. 1 – муфта, 2 – грузики, 3 – пружина, 4 – рычаг АВС, 5 – игла форсунки, 6 – ковшовая турбина, 7 – конические шестерни |
| 1 |
| 3 |
| 2 |
| 5 |
| 6 |
| ω4 |
| вода |
| 4 |
| А |
| В |
| С С |
| 7 |
| генератор |
Вращаясь, турбина приводит в движение центробежный регулятор через систему валов и конических шестерён. Центробежный регулятор через рычаг АВС действует на иглу 5 форсунки, которая управляет потоком воды на гидротурбину.
Центробежная сила Fц откидывает грузики 2 в стороны, но пружина 3 силой Fп удерживает их на определённом расстоянии от центра вращения, если скорость вращения гидротурбины не меняется, то Fп=Fц.
Если нагрузка на валу турбины увеличится, то скорость вращения турбины уменьшится, тогда соответственно уменьшатся обороты центробежного регулятора и тогда Fц<Fп и под действием пружины 3 грузики 2 приблизятся к оси вращения и давя на муфту 1 опустят конец А рычага 4. В свою очередь конец С рычага АВС наоборот поднимется и подаст иглу 5 форсунки вверх. Это приведёт к увеличению подачи воды на лопатки турбины и тогда скорость вращения турбины будет увеличиваться до тех пор, пока пружина и центробежная сила, действующая на грузики не уравновесятся, т.е. Fп=Fц.
При уменьшении нагрузки на валу турбины обороты турбины увеличатся, обороты центробежного регулятора также увеличатся и грузики, преодолевая сопротивление пружины, приподнимут конец А рычага, тогда конец С рычага наоборот опустится и подаст иглу форсунки вниз. При этом игла ограничит подачу воды на турбину и скорость вращения её уменьшится до заданного значения.
|
|
|
Характеристики переходного процесса регулирования.
Процесс на рис.5 рассмотрен при изменении задания от Iзад1 до Iзад2. При изменении задания возникает отклонение dI, которое регулятор должен свести до ноля. В идеальном случае процесс регулирования завершается, когда Iизм сравняется с Iзад без колебаний. Процесс, за время Трег, в течении которого измеряемая величина Iизм сравняется с заданной Iзад называется переходным или временем разгона. Время разгона является мерой инерционности объекта. Инерционность объекта зависит от его массы.
Время регулирования Трег определяет быстродействие системы и равно промежутку времени, в течении которого с начала переходного процесса выполняется неравенство
│Iзад – Iизм│≤ β, где β – погрешность работы регулятора.
После переходного процесса наступает установившийся процесс Iуст, когда Iизм сравняется с заданным Iзад.
При рассмотрении процессов в системе регулирования важное значение имеют три понятия: устойчивость системы, качество регулирования, и точность регулирования.
Устойчивость - это свойство системы возвращаться в установившееся состояние после того, как она была выведена из этого состояния каким либо возмущением.
Качество регулирования зависит от того, насколько этот процесс близок к желаемому. Показателем качества регулирования является число колебаний Nрег регулируемой величины в течении времени переходного процесса Трег.
| Iзад1 |
| Iзад2 |
| I |
| Iмакс |
| Рис 5. Переходная характеристика центробежного регулятора скорости гидротурбины. |
| Iизм |
| Tрег |
| Iуст |
| t |
| β |
| β |
Точность регулирования.
Точность регулирования зависит от погрешностей системы регулирования.
Часто на практике установившийся процесс из-за погрешностей β при отработке отклонения dI протекает с колебаниями Iизм около оси Iзад, как указано на рис 5.
Погрешность β возникает по разным причинам, из-за:
- статической погрешности регулирования;
- динамической погрешности регулирования;
- погрешности измерений датчика;
- неточности изготовления регулятора, исполнительного механизма (люфтов в шарнирах рычагов и механики, неточная масса грузиков, плохо отрегулированная пружина и т.п.).
