Регулятор поддержания постоянного значения регулируемого параметра работы агрегата

 

Изобретение относится к технике регулирования, в частности к регуляторам поддержания постоянного значения регулируемого параметра работы агрегата, например частоты вращения. Целью изобретения является повышение точности поддержания регулируемого параметра в широком диапазоне температур. На установившемся режиме центробежные силы, приложенные вследствие вращения вала 2 к грузам 1, передаются через иглу 3 на золотник 4 и уравновешиваются на нем через рычаг 15 пружинами 13 и 14. Золотник 4 в равновесном положении перекрывает подводящий и сливной каналы 17 и 18 корпуса 6. Вследствие этого каналы 19 и 20, связывающие полости 7 и 8 сервопоршня 5 с золотником 4, оказываются запертыми, и сервопоршень 5 остается в постоянном положении, удерживая через шток 9 регулирующий орган агрегата (дроссельную заслонку турбины) от перемещения. При этом профилированный элемент 11 на штоке 10, оставаясь неподвижным, удерживает через толкатель 12 неизменной затяжку пружины 14. При увеличении частоты вращения вала агрегата, а значит и вала 2, например, вследствие уменьшения нагрузки, центробежная сила грузов 1 увеличивается, равновесие золотника нарушается и золотник перемещается вверх, сообщая подводящий канал 17 через канал 19 с полостью 7, а сливной канал 18 через канал 20 с полостью 8. Вследствие этого, сервопоршень 5 перемещается вправо, прикрывая с помощью штока 9 дроссельную заслонку турбины. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4427369/24-24 (22) 17, 05. 88 (46) 15, 1О, 90. Бюл. М- 38 (72) В.Л.Тучинский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1293708, кл. О 05 D 13/14, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 183502, кл. Г 05 П 13/30, 1965. (54) РЕГУЛЯТОР ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯННОГО ЗНАЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ПАРАМЕТРА

РАБОТЫ АГРЕГАТА (57) Изобретение относится к технике регулирования, в частности к регуляторам поддержания постоянного значения регулируемого параметра работы агрегата, например частоты вращения.

Целью изобретения является повышение точности поддержания регулируемого параметра в широком диапазоне температур. На установившемся режиме центробежные силы, приложенные вследствие вращения вала 2 к грузам 1, передаются через иглу 3 на золотник 4 и уравновешиваются на нем через рычаг !5 пружинами 13 и 14. Золотник 4 в равно„.80„„1599843 А1 (51)5 G 05 D 13/30 весном положении перекрывает подводящий и сливной каналы 17 и 18 корпуса 6. Вследствие этого каналы 19 и 20, связывающие полости 7 и 8 свервопоршня 5 с золотником 4, оказываются запертыми и сервопоршень 5 остается в постоянном положении, удерживая через шток 9 регулирующий орган агрегата (дроссельную заслонку турбины) от перемещения. При этом профилированный элемент 11 на штоке 10, оставаясь неподвижным, удерживает через толкатель

12 неизменной затяжку пружины 14, При увеличении частоты вращения вала агрегата, а значит, и вала 2, например, вследствие уменьшения нагрузки центробежная сила грузов 1 увеличивается, равновесие золотника нарушается и золотник перемещается вверх, сообщая подводящий канал 17 через канал 19 с полостью 7, а сливной канала 18 через канал 20 — с полостью 8. Вследствие этого, сервопоршень 5 перемещается вправо, прикрывая с помощью штока 9 дроссельную заслонку турбины.

2 ил.

1599843

Изобретение относится к технике регулирования, в частности к регуляторам поддержания постоянного значения регулируемого параметра работы агрегата, например частоты вращения.

Целью изобретения является повышение точности поддержания регулируемого параметра в широком диапазоне температур. 10 На фиг.1 схематично изображен регулятор поддержания постоянного значения частоты вращения; на фиг.2 — то же, пример выполнения.

Регулятор (фиг; 1) поддержания постоянного значения частоты вращения вала агрегата содержит чувствительный элемент, выполненный в виде центробежных грузов 1, установленных на валике 2, кинематически связанном с валом агрегата (не показан), и про. межуточной иглы 3, подвижный орган, выполнейный в виде золотника 4, исполнительный механизм, выполненйый в виде сервопоршня 5, образующий в кор- 25 пусе 6 две рабочие полости 7 и 8 и соединенный при помощи выходного.што ка 9 с регулирующим органом агрегата, например с дроссельной заслонкой воздушной турбины (не показаны), и при помощи выходного штока 10, снабженного профилированным элементом 11, с толкателем 12, и задатчик в виде двух пружин 13 и 14, опирающихся одним из своих торцов через рычаг 15 на золотник 4. Профилированный элемент 11, толкатель 12 и пружина 14 образуют жесткую обратную связь, а пружина 13, установленная между рычагом 15 и регулировочным винтом 16, об-40 разует элемент настройки регулятора на заданную частоту вращения. В корпусе 6 выполнены. канал 17, подводящий под давлением рабочую жидкость к зо лотнику 4, канал 18, обеспечивающий слив отработанной жидкости от золотника, и каналы 19 и 20, связывающие золотник соответственно с уолостями 7 и 8 сервопоршня 5. Центробежные грузы 1, профилированный элемент 11, толкатель 12, рычаг 15 и пружины 13 и 14 расположены в полостях корпуса 6, сообщенных между собой при помощи канала 18 и соединенных с общим сливным трубопроводом 21.

Пружины 13 и 14 изготовлены из раз. ных материалов, при этом пружина 13 в диапазоне рабочих температур от

t р до сщакс имеет одно значение отношения силы этоЦ пружины при t, . к силе при С и, равное К (при неизменном размере затяжки), а пружина

14 - другое, равное К .

Сила, развиваемая при номинальной частоте вращения чувствительным элементом, при увеличении температуры увеличивается, благодаря уменьшению архимедовой силы, действующей против центробежных сил на центробежные грузы, погруженные в рабочую жидкость, вследствие уменьшения ее плотности..Ф

При отличающихся друг от друга значениях К и Ко, т.е. К, К, и прн любом значении К (отношение силы, воспринимаемой чувствительным элементом в его равновесном. состоянии, при 18к к этой же силе при t z„) можно всегда подобрать такое соотношение сил первой и второй пружин 13 и 14, при котором регулируемый параметр (частота вращения) при минимальной и максимальной температурах работы регулятора будет принимать одно и то же значение.

Пусть сила, зависящая от регулируемого параметра и воспринимаемая чувствительным элементом, при заданном значении параметра при минимальной температуре работы агрегата равна F, Тогда при максимальной температуре эта сила будет равна К У.

Пусть при минимальной температуре сила первой пружины (или суммарная сила нескольких пружин из первого материала) равна F, а аналогичная сила пружины (или пружин) из второго материала равна Fq. При наличии передаточного механйзма кинематической связи между пружинами и чувствительным элементом, например рычага 15, необходимо силы Р и Го пересчитать, приведя нх к точке приложения силы F (вданном случае умножить на соотношение плеч рычага). При максимальной температуре эти силы будут соответственно

К4 Fl и Ка Fa °

Для компенсации температурных погрешностей регулирования необходимо, чтобы равновесие чувствительного элемента при минимальной и при максимальной температурах имело место при одном и том же значении регулируемого параметра, т.е. должны соблюдаться условия:

F;

K1F)+KgFg=K F.

15998

20 (3) 25

35

Отсюда

РлК -Ко (1) ! К2

Fe K i-K (2)

K) -К

Согласно (1) и (2) решение существует, если К ФК, что подтверждает необходимость различия в материалах пружин для такой температурной компенсации.

В частных случаях при К=К сила

Р1=0, а при К=К сила Fg=0, т.е. температурная погрешность пружины и; какого-либо материала компенсирует тем15 пературную погрешность чувствительного элемента, В этом случае пружина из другого материала не нужна.

Поделив (2) на (1), получим

Fî К -К

-Кд

Из (3) видно, что, если К, К К < 2, Q

--)О, F что означает одинаковое направление сил пружин, В остальных случаях (кроме указанных частных случаев)

Fq — (О

F< что означает противоположное направление этих сил.

Зависимости температурных погрешностей как чувствительных элементов, так и пружин от температуры близки к линейным, поэтому регуляторы, скомпенсированные указанным способом по режимам MHHHMRJIbHQH и максимальной температур его работы, имеют практически нулевую температурную погрешность и на промежуточных режимах.

Кроме того, линейность этих зависимостей приводит к тому, что результат вычисления отношения сил пружин по .укаэанным формулам практически не зависит от температурного диапазона (все значения К, К1 и К изменяются пропорционально, и значение отношения

Гп вычисленное по формуле (3), оста1 ется тем же).

Регулятор работает следующим образом.

На установившемся режиме центробежные силы, приложенные вследствие вращения вала 2 к грузам 1, передаются через иглу 3 на золотник 4 и уравновешиваются на нем через рычаг 15

43 6 пружинами 13 и 14. Золотник 4 в равновесном положении перекрывает подводящий 17 и сливной 18 каналы корпуса 6, Вследствие этого каналы 19 и 20, связывающие полости 7 и 8 сервопоршня S с золотником 4,. оказывают я запертыми и сервопоршень 5 остается в постоянном положении, удерживая через шток 9 регулирующий орган агрегата (дроссельную заслонку турбины) от перемещения. При этом профилированный элемент 11 на штоке 10, оставаясь неподвижным, удерживает через толкатель 12 неизменной затяжку пружины 14. При увеличении частоты вращения вала агрегата, а значит, и вала 2, с например, вследствие уменьшения нагрузки центробежная сила грузов i увеличивается, равновесие золотника 4 нарушается и золотник перемещается вверх, сообшая подводящий канал 17 через канал 19 с полостью 7, а слив-, ной канал 18 через канал 20 — с полостью 8. Вследствие этого сервопоршень 5 перемещается вправо, прикрывая с помощью штока 9 дроссельную заслонку турбины, благодаря чему частота вращения вала агрегата уменьшается и равновесие золотника восстанавливается. При перемещении вправо сервопоршня 5 профилированный элемент 11 через толкатель 12 несколько увеличивает затяжку пружины 14, способствуя более раннему возвращению золотника 4 в равновесное положение и осуществляя вспомогательную отрицательную обратную связь для обеспечения устойчивости регулирования.

При уменьшении частоты вращения вала агрегата вследствие, например, увеличения нагрузки процесс происходит в обратном направлении.

Показанный на фиг. 2 регулятор поддержания постоянного значения -частоты вращения вала агрегата содержит те же элементы, что и регулятор, показанный на фиг. 1, но отличается от него выполнением чувствительного элемента.

В регуляторе, показанном на фиг. 2, чувствительный элемент гидродинамического типа выполнен в виде импеллера

22 на валике 23, кинематически связанном с валом агрегата (или непосредственно на валу агрегата). Вход импеллера 22 соединен со сливом, а выход каналом 24 — с нижним торцом золотника 4.

1599843

Работа данного регулятора аналогична работе регулятора, показанного на фиг. 1, отличие состоит в том,.что сила, зависящая от частоты вращения вайа агрегата, передается на золотник

4 через давление жидкости на выходе из импеллера 22. При увеличении температуры жидкости эта сила не увеличивается, как в регуляторе, показанном на фиг. 1,, а уменьшается пропорционально уменьшению плотности жидкости. При этом температурная погрешность данного регулятора так же, как и регулятора, показанного на фиг. 1, :практически отсутствует.

Ф о р м у.л а и з о б р е т е н и я

Регулятор поддержания постоянного значения регулируемого параметра работы агрегата, содержащий чувствительный элемент, подвижный орган и задатчик в виде двух пружин, причем один из

: торцов каждой пружины кинематически 25 связан с подвижным органом, который связан с чувствительным элементом, отличающийся тем, что, . с целью повышения точности поддержания регулируемого параметра в широ- > gg ком диапазоне температур, пружины изготовлены соответственно из разных материалов с разным относительным

1 изменением модуля упругости по температуре и установлены с соблюдением соотношения

Р К(-К

F< К-К . где F1

К иК К— силы пружины в равновесном положении чувствительного элемента при минимальной темнературе работы регулятора, приведенные к одной и той же точке; отношения значений сил каждой пружины при максимальной температуре к значениям соответствующих сил

Г и F q при минимальной температуре; отношение значения силы, воспринимаемой чувствительным элементом в его равновесном положении при поддерживаемом значении регулируемого параметра, при максимальной температуре к значению этой силы при минимальной температуре °