Изодромный регулятор с силовой обратной отрицательной гидравлической связью

Содержание

Описание работы регулятора. 3

Функциональная схема регулятора. 4

Структурная схема регулятора. 4

Уравнение динамики объекта регулирования. 4

Динамика датчика скорости. 5

Динамика сервомеханизма. 6

Уравнение динамики САР. 7

Определение условий устойчивости. 9

Выбор способа решения дифференциального уравнения движения САР. 13

Решение дифференциального уравнения свободного движения САР. 13

ИЗОДРОМНЫЙ РЕГУЛЯТОР С СИЛОВОЙ ОБРАТНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ

Конструктивная схема САР скорости вращения паровой турбины

1. – верхняя подвижная опора пружины регулятора, 2. – настроечная пружина регулятора, 3. – муфта датчика скорости, жестко связанная с золотником усилителя. 4. – втулка гидроусилителя, 5 – золотник гидроусилителя, 6. – пружина изодрома, 7. – местная обратная отрицательная гидравлическая гибкая силовая связь, 9. – игольчатый клапан изодрома, 10. – масляная ванна, 11. – паровой клапан, 12. – дающий поршень изодрома, 13. – двуполостной поршневой исполнительный механизм, 14. – объект регулирования (паровая турбина) .

Описание работы регулятора

Равновесное состояние

Система находится в равновесии, т.е. нагрузка постоянна, подача пара на турбину пропорциональна нагрузке, центробежная сила грузов приведенная к оси вращения равна усилию предварительного затяга пружины, окна золотника перекрыты, поршень исполнительного механизма и следовательно клапан находятся в каком-то положении и неподвижны.

Статический этап работы регулятора

Нагрузка на турбину изменилась, например, уменьшилась, тогда обороты турбины начинают возрастать, грузы датчика скорости расходятся, и муфта датчика идет вверх и тащит за собой золотник усилителя. Масло из напорной магистрали поступает, через окна усилителя в верхнюю полость исполнительного механизма, а нижняя полость соединяется со сливной магистралью. Поршень исполнительного механизма под действием  перепада давления идет вниз, перемещая паровой клапан на уменьшение подачи пара в турбину. Одновременно вниз движется дающий поршень изодрома, что приводит к разряжению в гидросвязи. Приемный поршень изодрома движется вниз и через пружину изодрома тащит вниз золотник усилителя и связанную с ним муфту датчика. После нескольких колебаний, наступает первое равновесное состояние, при котором муфта датчика и золотник усилителя занимают прежнее положение, при новом положении поршня исполнительного механизма и новой подаче пара.

Астатический этап работы регулятора

Постепенно масло из масляной ванны просачивается, через игольчатый клапан изодрома в гидросвязь, разряжение в которой начинает уменьшаться. Усилие пружины изодрома постепенно ослабевает, окна гидроусилителя приоткрываются, и вышеописанный процесс повторяется в уменьшенном масштабе. В конце концов, разряжение в гидросвязи полностью снимается. Связь между дающим и приемным поршнями изодрома обрывается, а следовательно обрывается и МООС и регулятор превращается в астатический.

Функциональная схема регулятора

Функциональная схема регулятора САР скорости вращения паровой турбины

Структурная схема регулятора

САР представлена четырьмя типовыми динамическими звеньями:

Объект регулирования – апериодическое звено 1 порядка,

Датчик скорости – апериодическое звено 1 порядка,

Сервомеханизм – интегрирующее звено,

МООС – дифференцирующее звено.

Структурная схема регулятора САР скорости вращения паровой турбины

Уравнение динамики объекта регулирования

,

где ,  - постоянная времени объекта регулирования;

, - приращение частоты вращения турбины;

, или  - статический передаточный коэффициент усиления объекта регулирования; ,  - перемещение штока парового клапана.

Переход к безразмерным координатам

Угловая скорость:

, где ,  - номинальная частота вращения турбины,

следовательно

.

Ход штока парового клапана:

, , [мм], тогда

 .

Исходное уравнение примет вид

,

,

Уравнение динамики объекта регулирования в безразмерных координатах

.

Преобразованное по Лапласу уравнение имеет вид

,

Передаточная функция есть отношение преобразованной по Лапласу выходной координаты к преобразованной по Лапласу входной координате.

Следовательно: передаточная функция объекта регулирования

.

Динамика датчика скорости

В общем случае динамика центробежного датчика скорости описывается апериодическим звеном второго порядка, но с целью понижения порядка дифференциального уравнения свободного движения САР, с достаточной точностью можно описать датчик, апериодическим звеном первого порядка [1].

,

где

,  - постоянная времени датчика;

, - приращение хода муфты датчика;

 - статический передаточный коэффициент усиления датчика;

,  - приращение частоты вращения турбины;

,  - приращение выходной координаты МООС.

Переход к безразмерным координатам

Приращение хода муфты датчика:

,  , ;

 следовательно,

.

Приращение выходной координаты МООС:

, где , , 

тогда, .

Как было показано выше,

 .

Тогда исходное уравнение примет вид

,

,

Уравнение динамики датчика в безразмерных координатах

После преобразования  по Лапласу уравнение

Передаточная функция датчика имеет вид

. 

Динамика сервомеханизма

,

,  - постоянная времени сервомеханизма;

, - приращение хода муфты сервомеханизма;

 - статический передаточный коэффициент усиления сервомеханизма;

,  - перемещение штока парового клапана.

,

Как было показано ранее

 ,  .

После подстановки безразмерных координат в уравнение динамики сервомеханизма получим:

,

или,

После преобразования Лапласа

.

Передаточная функция сервомеханизма

.

Динамика МООС

.

В безразмерных координатах

,

или,

.

После преобразования Лапласа

Передаточная функция МООС

.

Таким образом:

Звено	Уравнение динамики звена	Передаточная функция звена
Объект регулирования
Датчик
Сервомеханизм
МООС