Система автоматического регулирования скорости паровой турбины со статическим регулятором скорости непрямого действия

1. Конструктивная схема

1.1 Конструктивная схема системы автоматического управления заданным параметром.

Проектирование САУ следует начинать с выбора принципиальной схемы регулятора. На практике, на тепловых электрических станциях, находят применение статические регуляторы или регуляторы с жесткими местными обратными отрицательными связями. Местные обратные отрицательные связи жесткие и гибкие могут быть либо кинематическими, либо силовыми.

Конструктивная схема САР скорости паровой турбины как объекта регулирования со статическим регулятором скорости непрямого действия с местной обратной отрицательной жесткой кинематической связью представлена на рисунке 1.

1 - груз центробежного измерителя скорости; 2 - муфта датчика; 3 - настроечная пружина; 4 - верхняя подвижная опора пружины регулятора; АВ – местная прямая связь от датчика к усилителю; ВС - местная обратная отрицательная жесткая кинематическая связь; 5 - гидравлический золотниковый усилитель; 6 - двуполостной поршневой исполнительный механизм; 7 - регулирующий орган регулятора; 8 – автономная масляная система; 9 - главная прямая положительная связь - паропровод свежего пара; 10 – паровая турбина; 12 - главная обратная отрицательная связь.

Рисунок 1 - Система автоматического регулирования скорости паровой турбины со статическим регулятором скорости непрямого действия

1.2 Описание работы САР.

В равновесном состоянии окна усилителя перекрыты и, как следствие, поршень исполнительного механизма и паровой клапан находятся в положении, обеспечивающие подачу пара к турбине, в соответствии с моментом сопротивления генератора при заданной скорости турбины. При выведении системы из равновесия, например, в следствии уменьшении нагрузки генератора, число оборотов турбины возрастает, грузы расходятся и муфта датчика идет вверх. И, следовательно, рычаг АВС занимает положение А`В`С. Таким образом, золотник усилителя идет вверх, открывая окна усилителя. Верхняя полость исполнительного механизма соединяется с напорной магистралью масляного насоса, а нижняя полость – со всасывающей. Под действием перепада давлений, поршень исполнительного механизма идет вниз, уменьшая посредством парового клапана расход пара на турбину. При этом точка С так же идет вниз. Новое равновесное положение системы и регулятора при данной конструктивной схеме может поступать только в том случае, когда окна усилителя будут вновь прикрыты. А это возможно только тогда, когда точка В` вернется в положение точки В. Обратим внимание на то, что не все равновесные положения при новой подачи пара поступают при условии, что точка А` не возвращается в положение точки А, а занимает некоторое новое положение точки А``.    

1.3 Функциональная схема САР.

Функциональная схема САР показывает, какие по функциональному назначению элементы входят в состав системы и как они связаны между собой. На рисунке 2 представлена функциональная схема статического регулятора скорости непрямого действия с местной обратной отрицательной жесткой кинематической связью.

Рисунок 2 – Функциональная схема САР со статическим РНД с жесткой кинематической МООС

1.4 Структурная схема САР

Структурная схема САР представляет собой блок-схему математической модели САР, т.е. показывает, какие типовые динамические звенья входят в состав САР и как они связаны между собой.

Рисунок 3 – Структурная схема САР со статическим РНД с жесткой кинематической МООС

2. Составление уравнения свободного движения САР

2.1 Уравнение динамики объекта регулирования.

Поскольку динамика объекта регулирования, а именно паровой турбины, как объекта регулирования скорости, описывается апериодическим звеном 1-ого порядка, то в общем виде дифференциальное уравнение (д.у.) записывается:

   где  Т₀ = 7 [с]  -  Постоянная времени объекта;

х₁ = Dw_д - приращение частоты вращения объекта регулирования, с^-1;

х₃ = Df - приращение выходной координаты сервомеханизма, мм;

Приведём уравнение (1) к безразмерному виду, для чего входные и выходные координаты отнесём к их номинальным значениям, а также введём новые переменные.

-    безразмерная угловая скорость турбины;

где  n = nном/60 = 10000/60 = 166,67 [об/с]

Откуда находим

К0 = 1/δ0  -  статический передаточный коэффициент усиления объекта регулирования;

δ0  =  0,3  -  коэффициент самовыравнивания объекта регулирования;

К0 = 1/0,3 = 3,33 

λ = Δφ/φном    -  безразмерная выходная координата сервомеханизма;

φном  =  200 [мм]  -  номинальный ход главного парового клапана (для всех вариантов);

λ = Δφ/200