Регулирование частоты вращения вала

Частота вращения вала турбозубчатого агрегата регулируется в обязательном порядке только в турбоэлектрических установках либо в установках с ВРШ.

В главных турбозубчатых агрегатах, работающих на винты фиксированного шага, как правило, устанавливаются предельные регуляторы частоты вращения, срабатывающие при увеличении скоростного режима на 5—6%.

Паровпускные регулирующие органы контура регулирования частоты вращения ротора турбины выполняются различной конструкции в зависимости от схемы включения регулятора. В случае предельного регулирования сервомотор регулятора обычно воздействует на дроссельный клапан, установленный перед турбиной на паропроводе свежего пара, т.е. в этом случае осуществляется чисто качественное регулирование пара. При однорежимном регулировании, которое имеет место в случае работы турбины с постоянной частотой вращения и переменной нагрузкой (на генератор постоянного или переменного тока), а также в некоторых установках с ВРШ применение качественного регулирования будет приводить к заметному ухудшению экономических показателей, так как в отличие от случая предельного регулирования, когда изменение положения регулирующего органа происходит редко, а связанные с этим потери на дросселирование являются малыми, при однорежимном регулировании эти потери будут ощутимыми. В связи с этим при однорежимной схеме включения регулятора применяют количественно-качественное регулирование, при котором сопловый аппарат ТВД разбивают на несколько групп сопел и расход пара в каждую из них изменяют отдельным клапаном. Перемещение штоков этих клапанов осуществляется в определенной последовательности от одного сервомотора.

В качестве чувствительного элемента частоты вращения в судовых турбинных установках широкое распространение получили гидродинамические чувствительные элементы, конструктивно выполняемые в виде центробежного масляного насоса, называемого импеллером, в котором частота вращения ротора турбины преобразуется в давление масла.

Усилительные устройства и исполнительные механизмы этих регуляторов выполняются также гидравлическими. В большинстве случаев масляная система регулятора выполняется общей с системой смазки ТЗА.

Схема однорежимного гидродинамического регулятора частоты вращения показана на рис. 62.

Центробежный насос 1 (импеллер), приводимый во вращение от вала турбины, подает масло из полости А в полость Б. При изменении частоты вращения ротора турбины изменяется давление масла в полости Б, в результате чего положение золотника 2, находящегося в динамическом равновесии под действием усилия от давления масла и натяжения пружины 3, также изменится.

Рис. 62. Схема гидродинамического регулятора

 

В случае повышения частоты вращения и давления масла золотник 2 будет перемещаться вверх, а в случае снижения—вниз.

При перемещении золотника вверх нижние окна его будут прикрываться, а верхние — открываться, в результате чего давление масла под поршнем сервомотора 4 понизится, поршень переместится вниз и прикроет сопловые клапаны турбины.

При снижении частоты вращения все действия будут происходить в обратном порядке.

Втулка 5 золотника имеет приспособление 6 для перемещения вручную, при помощи которого изменяется установка регулятора, обеспечивающая необходимый скоростной режим.

Схема гидродинамической системы предельного регулирования частоты вращения главного турбозубчатого агрегата, работающего на винт фиксированного шага, установленной на судах отечественной постройки, приведена на рис. 63. Там же показаны и средства защиты турбины, описание которых будет приведено ниже.

Как и на предыдущей схеме, масло под давлением, пропорциональным квадрату частоты вращения импеллера 14, поступает к золотниковому устройству 12, установленному непосредственно над импеллером. Золотник этого устройства находится в динамическом равновесии под действием усилия пружины сверху и давления масла снизу. При перемещении указанного золотника вверх прикрываются нижние и открываются верхние окна, выполненные во втулке золотника. В результате такого открытия одних и закрытия других окон давление масла, выходящего из золотникового устройства и поступающего к регулирующему золотнику 6 сервомотора быстрозапорного клапана 1, будет изменяться.

Так, при частоте вращения ротора турбины менее 103% от номинальной давление масла, развиваемое импеллером, будет недостаточным для преодоления усилия пружины золотникового устройства. Золотник 6 будет находиться в нижнем положении и поэтому давление в импульсном трубопроводе III будет равно давлению в системе смазки.

 

Рис. 63. Схема автоматического регулирования и защиты ГТЗА:

1 — быстрозапорный клапан; 2 — автоматическая захлопка отбора пара; 3 — регулятор безопасности; 4 — ускорительный клапан; 5 — золотник регулятора безопасности; 6 — золотник сервомотора; 7 — сервомотор; 8 — золотник автоматической захлопки; 9 — вакуум-реле; 10 — масляный выключатель; 11 — устройство защиты от осевого сдвига; 12 — золотник регулятора частоты вращения; 13 — ротор ГТЗА; 14 — импеллер; 15—18 — золотники масляного

выключателя; 19 — реле блокировки валоповоротного устройства

 

При частоте вращения свыше 103% от номинальной золотник 12 переместится вверх, прикроет нижние и приоткроет верхние окна, в результате чего давление масла в импульсном трубопроводе V повысится, регулирующий золотник 6 сервомотора 7 поднимется, быстрозапорный клапан приоткроется. В случае если частота вращения ротора превысит 108% от номинальной, золотник достигнет своего верхнего положения, при котором нижние окна полностью закрыты, а верхние — полностью открыты. В этом случае давление в импульсном трубопроводе III будет максимальным, равным давлению, развиваемому импеллером, регулирующий золотник сервомотора будет находиться в крайнем верхнем положении, а быстрозапорный клапан будет иметь минимальное открытие. Быстрозапорный клапан полностью закрывается при частоте вращения, на 15% превышающей номинальную.