Система регулирования частоты вращения турбины

 

М. Н. Глазов изобретения (73) Заявитель (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ТУРБИНЫ

1 2

Изобретение относится к теплоэнергетике и, механизму, задатчик, ключевой элемент и истое может быль использовано при автоматизации су- ник.опорного напряжения (2). В этой системе довых паровых турбин. исключена необходимость преобразователя часИэвестны системы регулирования частоты вра. тотного сигнала в напряжение. щения турбины, содержащие частотные датчики,: Указанная известная. система является блиустановлеииые на. валу турбины и подсоединен- жайшей к данной по технической сущности и ные вместе с задатчиком к усилителю рассог-: достигаемому результату; ласовани», выход которого через электрогид- Недостатком известной системы следует счиравлический преобразователь подключен к йс- тать трудность получении повышенной точности полнителЬному .механизму (1J: при использовании цифрового задатчика или

В этих системах необходимо введение пре- . входных сигналов or цифровой управляющей

30 образователей частотного сигнала в напряжение;,матпины. что снижает эффективность использования час- Цель данного изобретения — повышение точтотных датчиков., ности.

Известна также система регулирования часто- Для,достижения: этой цели в систему допалты вращения турбины, содержащая частотные -. нительно введены элемент аналоговой памяти

15 датчики, установленные на валу турбинь1 и под- - c ключом выбора режима работй и йреобразосоединенные через выявитель направления вра- ватель "код-проводимость", источник OII0pMof щения к цепи управления переключатели знака, напряжения подсоединен через переключатель триггер, вход которого подключен к одному из знака к первому входу элемента памяти и к . датчиков, интегрирующий усилитель с кондея- входу интегрирующего усилителя, второй sxog.

2» ратором в цепи обратной связи,- усилитель рас-,элемента памяти подключен к выходу интегри» согласования, подключенный через злектрогид- „-пующего усилнтепя, выход этого элемента соеравлический преобразователь к исполнительному . -@инеи с усилителем рассогласования, s цепь

691582 4 усилитель 8 работает в режиме интегрирования напряжения U источника 7 с постоянной инр- тегрирования т, обратно пропорциональной проводимости преобразователя 6, а следовательно и заданной частоте вращения (коду а). На выходе усилителя 8 формируется линейно-изменяюгцееся напряжение, поступающее на вход 13 ,элемента 11 аналоговой памяти, который благодаря замкнутому ключу 23 работает в режиме слежения, выполняя функции фильтра постоянных составляющих сигналов на его входах. В результате на емкости элемента аналоговой памяти, а значит и на его выходе устанавливается напряжение, пропорциональное среднему значению напряжений, действующих на входах 12 и 13. В четные периоды входного сигнала триггер 18 находится в противоположном состоянии, благодаря чему ключевой элемент 10 замыкается, ключ 23 размыкается и задатчик 1 устанавливает преобразователь "код-проводимость" в такое положение, при котором источник 7 напряжения Uq отключается от входа усилителя 8. Поэтому конденсатор 9 разряжает25 ся, выходное напряжение усилителя 8 принимает нулевое значение. При этом элемент 11 аналого-, ° вой памяти работает в режиме хранения сигнала, установившегося на его емкости в конце цредществуюцщх нечетных периодов сигнала зо частотного датчика, Среднее значение напряжения, поступающего за период Т на вход 13 злее мента i l аналоговой памяти, определяется выражением

3 обратной связи интегрирующего усилителя параллельно конденсатору подсоединен ключевой элемент, связанный управляющим входом с пе вым выходом триггера, другой выход которого подсоединен к входу ключа выбора режима и к управляющему входу эадатчика, а преобра зователь "код-проводимость",включен в цепь подсоединения источника опорного напряжения к входу интегрирующего усилигеля.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема системы; на фиг. 2 — временные диаграммы работы системы.

Система содержит цифровой задатчик l, регулятор 2, турбину 3 и два частотных датчика 4 н 5 для выявления утловой скорости и направления вращения, связанных с валом турбины. Непосредственно регулятор включает в себя преобразователь 6 "код-проводимость", выполненный, например, по схеме "R — 2R, с коммутирующими ключами, подсоединенный к источнику напряжения 7, интегрирующий усилитель 8, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно конденсатору 9 включен ключевой элемент 10, выполненный, например, на полевом транзисторе, элемент ll аналоговой памяти с двумя входами 12 и 13 на операционном усилителе 14, переключатель знака

15 на операционном усилителе 16 и ключе 17, триггер 18, выявитель направления вращения

19, усилитель рассогласования 20, электрогидравлический преобразователь 21, гидравлическо усилительйое устройство с. исполнительным механизмом 22, который управляет расходом пара, поступающего на турбину 3. Элемент 11 аналоговой памяти имеет ключ 23 выбора режима работы, Выход триггера 18 связан с управляющим входом ключевого элемента 10.

Другой выход триггера подсоединен к входу ключа 23 выбора режима и к управляющему входу задатчика l.

Щ

Принцип д.йствия системы поясняется временными диаграммами на фиг. 2, где изображены в зависимости от времени t частотный сигнал U» на выходе датчика 4, напряжение

02 а Од Ом из выходов тр ггера и напрях<е- 4> ния Оз и U на входах 12 и 13 элемента 11 аналоговой.ламяти для прямого и обратного вращения турбины.

Работа системы в установившемся режиме происходит следующим образом. Пусть в нечетные периоды частотного сигнала датчика 4, когда триггер 18 находится в состоянии, при котором ключевой элемент 10 разомкнут, а ключ 23 замкнут, из задатчика l в преобразователь 6 "код-проводимость" поступает париллельный код а, характеризующий заданную частоту н направление вращения турбины 3, В зти периоды частотного сигнала интегрирующий с1- 5 115

U = — — T=- — т

4 2 С я С . А.

1 где T — — период сигнала частотного датчиf — частота этого сигнала, т — постоянная интегрирования усилителя

8, определяемая произведением емкости конденсатора 9 и выходного сопротивления преобразователя 6, тс, — эквивалентная постоянная интегрирования.

Знак напряжения, действующего на входе 12 элемента 11 аналоговой памяти, зависит от положения ключа 17 переключателя знака 15, которое в свою очередь определяется направлением вращения турбины 3, При разомкнутом ключе

17 переключатель знака 15, работает в режиме повторителя, обеспечивая U> =U, Если же ключ

17 замкнут, то переключатель знака 15 работает как инв1ртор и U> = -U>. Выявление нанравления вращения турбины осуществляется с помощью выявителя 19, который анализирует фазовый сдвиг сигналов частотных датчиков 4 и 5 и в зависимости от знака фазового сдвига а, следовательно, от направления вращения ро.! г,о!5 гора 1урбины «ырабяывас1 пиичеекий сигнал

"О" Hip "1" лля управления ключом !7, В установившемся режиме напряжения О и

Оз на входах элемента ! аналоговой памяти равны по величийе и противоположны по зна ку. Поэтому сигнал рассогласования на выходе усилителя 20 отсутствует, перепад давления на выходе электрогидравлического преобразователя 21 равен нулю и сервомотор исполнительного механизма 22 находится в неподвижном со- lp стоянии. Условие равенства нулю сигнала рассогласования при равных сопротивлениях на входах 12 и 13 имеет вид.

1-U =0 g 6

Отсюда частота f =-- - =- — — и угJloBRR ско % 15 т 2т рость со вращения турбины ж =.— (Й— 22 коэффициент пропорциональности) .

При постоянных k и т угловая скорость {частота вращения) яопределяется только кодом gp задания а и не зависит от напряжения U,, благодаря чему отпадает необходимость в применении высокостабильного опорного источника.

При отклонении частоты вращения от заданного значения изменяется период Т, в течение ко- 2s торого происходит интегрирование напряжения

U, в результате чего изменяется напряжение !.1,, и на вь ходе элемента l l аналоговой памяти !тоявляется постоянная составляющая сигнала рассогласования, знак которого определяет- зо ся знаком изменения частоты вращения.

Приращение напряжения на выходе элемента 11 при изменении частоты Лт определяется соотношением ь1 ,АИ 0

3S где K — коэффициент передачи элемента 11.

Напряжение. AU усиливается усилителем 20 рассогласования 20, в результате чего на выходе электрогидравлического преобразователя 21 возникает перепад давления, под действием которого происходит перемещение исполнительного механизма 22. Направление перемещения исполнительного сервомотора определяется знаком приращения И, благодаря чему достигается надлежащее изменение расхода пара, поступающего в турбину 3. В конечном счете исполнительный механизм 22 установится в такое положение, при котором расход пара обеспечивает заданную угловую скорость, и система приходит в установившееся состояние подобно тому, как это происходит в любых системах автоматического регулирования, работающих по приншшу отклонения.

Таким образом, в соответствии с заданным кодом е устанавливается определенная постоян

55 ная интегрирования т усилителя 8 и регулятор автоматически подбирает время интегрирования Т опорного напряжения Uq, а следователь. мо, н частоту вращения ротора турбины ы так, Я ) 6 чгобы среднее значение интеграла опорного напряжения, поступающего нч один вход элемента 11 аналоговой памяти, уравновешивало опорное напряжение, подключенное к другому входу этого элемента. Поскольку оба сигнала, сравниваемых на входах элемента аналоговой памяти, определяются одним и тем же опорным напряжением О„исключается погреппгость от нестабильности этого напряжения. Благодаря этому обеспечивается повышение точности, отпадает необходимость в прецизионном источнике напряжения или в компенсирующих устройствах, в результате чего упрощается система регулирования в целом. Упрощение системы достигается также эа счет исключения специальных устройств для записи начальных условий в интегрирую!цнй усилитель.

Формула изобретения

Система регулирования частоты вращения турбины, содержащая частотные датчики, установленные на валу турбины и подсоединенные через выявитель направления вращения к цепи управления переключателя знака, триггер, вход которого подключен к одному из датчиков, интегрирующий усилитель с конденсатором в пепи обратной связи, усилитель рассогласования, подключенный через электрогидравлический преобразователь к иснолнительиому механизму, задатчик, ключевой элемент и источник опорного напряжения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, в систему дополнительно введены элемент аналоговой памяти с ключом выбора режима работы и преобразователь "код-проводимость", источник опорного напряжения подсоединен через переключатель знака к первому входу элемента памяти и к входу интегрирующего усилителя, второй вход элемента памяти подключен к выходу интегрирующего усилителя, выход этого элемента соединен с усилителем рассогласования, в цепь обратной связи интегрирующего усилителя параллельно конденсатору подсоединен ключевой элемент, связанный управляющим входом с первым выходом триггера, другой выход которого подсоединен к входу ключа выбора режима и к управляюпгему входу задатчика, а нреобразователь "код-проводимость" включен в цепь подсоединения источника опорного напряжения к входу интегрирующего усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 421785, кл, F 01 0 17/20, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР N 545753, кл. F 01. 0 17/20, 1974.

691582

5 »!

° л

Составитель А. Калашников

Техред Н.Ковалева.

Редактор О. Волков

Корректор.М. Селехман

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,тл Проектная, 4

Заказ 6169/25 Тираж 607

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5