Система регулирования турбины

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К ЬВтОВСКОМУ СВИДИтВЛЬСТВУ

Союз Соввтсиих

Социалистических

Республик (и1918452 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 15, 08. 80 (21) 2974095/24- 06 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпубликовано 07.04.82. Бюллетень _#_e13 .Дата опубликования описания 09. 04. 82 (51)М. Кл.

F 01 D 17/24 тееудеретеаеые квинтет

СССР ае делам изебретеекй к открытей (53) УДК 621. 165- 46 (088. 8) (71) Заявитель (Я) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТУРБИНЦ

Изобретение относится к теплоэнер.гетике и может быть использовано в электрогидравлических системах регулирования частоты вращения .турбин, в том числе судовых.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигае-. мому результату является система регулирования турбины, содержащая электрогидравлический блок, связанный с сервомотором маневрового золотника, датчики частоты вращения ротора и положения маневрового золотника и задатчик частоты вращения, подключен" ные к усилителям рассогласования ка" нала управления, выходы которых подключены к входу электрогидравпического блока, переключатель питания каналов и цепи сигнализации неисправнос" ти. Усилитель рассогласования выделяет и усиливает сигнал, определяемый разностью напряжений задатчика и датчиков регулируемой частоты враще. ния и обратной связи по положению.

2 Этот усилитель управляет электрогидравлическим блоком, обеспечивающим перемещение исполнительного сервомотора в направлении устранения сигнала рассогласования (1 1.

Недостатком известной системы следует считать несколько пониженную надежность и недостаточно высокое качество динамических характеристик.

Для контроля работоспособности усилителя необходимо вводить контроль, выявляющий отказы по наличию остаточного рассогласования в системе. Однако такой- контроль требует значитель " ных временных задержек, необходимых для устранения ложных срабатываний устройств контроля в переходных процессах, когда на входе электрогидравлического блока действует полезный управляющий сигнал. Длительность временной задержки в цепи контроля должна быть больше максимального времени .переходного процесса в системе. По:этому в. ряде случаев за время обна"

91845 ружения неисправности маневровый зо-" лотник успевает переместиться в одно из крайних положений, что может при вести к недопустимому разгону турбины и даже ее реверсу. Это снижает надежность системы автоматического регулирования и повышает опасность возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации судна.

Другим существенным недостатком 30 известных систем регулирования является ухудшение их динамических характеристик, связанное с тем, что при больших рассогласованиях (например во, время маневров) усилитель рассог- 15 ласования оказывается в режиме глубокого насыщения. Это приводит к возникновению значительного нелинейного запаздывания за счет накопления энергии в реактивных элементах самого уси->< лителя и входящих в него звеньев динамической коррекции. При высоком быстродействии рассматриваемых систем регулирования такое запаздывание приводит к существенному ухудшению каче- 5 ства переходных процессов (увеличению перерегулирования и числа коле- баний вокруг установившегося положения).

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение динамических характеристик системы.

Для достижения поставленной цели в каждый канал управления введены

35 усилитель управляющего сигнала, задатчик опорного сигнала, элемент нечувствительности, корректируещее звено с коэффициентом усиления, обратным коэффициенту усиления усилителя рассогласования, и пороговый элемент, и каждый усилитель управляющего сигнала включен между выходом усилителя рассогласования и входом электрогидравлического блока, элемент нечувст-..;

45 вительности - между выходом усилителя управляющего сигнала и входом усилителя рассогласования, задатчик опорного сигнала подключен к входам усилителя управляющего сигнала и порого50 вого элемента непосредственно, а к входу усилителя рассогласования - через корректирующее звено, вход порогового элемента связан также с выходом усилителя рассогласования, а вы55 ход его - с переключателем питания и цепями сигнализации неисправности.

На чертеже приведена схема предлагаемой системы с двумя равноценными

2 4 каналами управления, один из которых находится в резерве.

В состав системы регулирования турбины входят задатчик 1 частоты вращения, основной канал управления

2, электрогидравлический блок 3, сервомотор 4 маневрового золотника с датчиком 5 положения маневрового золотника, гидравлический усилитель 6 и турбина 7 с датчиком частоты вращения 8. Основной канал управления 2 содержит усилитель 9 рассогласования, осуществляющий сравнение сигналов задатчика 1, датчика частоты вращения

8 и датчика 5 положения маневрового золотника. Наряду с выявлением и усилением сигнала рассогласования усилитель 9 обеспечивает также устойчи .вость и требуемое качество переходных процессов в системе как в режиме автоматического регулирования, так и в следящем режиме (при отключенном датчике частоты вращения 8 и единичной обратной связи по положению маневрового золотника). С этой целью усилитель 9 имеет соответствующие корректирующие цепи.

В канал управления 2, кроме указанных звеньев, введены усилитель 10 управляющего сигнала, элемент 11 нечувствительности, задатчик 12 опорного сигнала, пороговый элемент 13 и корректирующее звено 14 с коэффициентом усиления обратным коэффициенту усиления усилителя 9 рассогласования. Входы усилителя 10 управляющего сигнала и порогового элемента 13 подключены к выходу усилителя 9 рассогласования и задатчику 12 опорного сигнала. Вы ход усилителя 10 подключен к электрогидравлическому блоку 3 и через эле-. .мент 11 нечувствительности.- к дополнительному входу усилителя 9 рассогласования. К другому дополнительному входу усилителя 9 рассогласования подключено корректирующее звено 14.

Выходы усилителя 9 рассогласования и задатчика 12 опорного сигнала подключены одновременно к пороговому элементу 13, выход которого соединен с цепями 15 сигнализации неисправности и переключателем 16 питания каналов.

Включение в работу резервного канала управления 17, имеющего структуру, аналогичную каналу управления 2, осуществляется с помощью переключателя 16, который переключает питание

О„„т на резервный канал по сигналу на выходе порогового элемента 13 ос52 6

12 на входе усилителя 10. Погрешность, вносимая задатчиком 12 опорного сигнала,компенсируется в рассматриваемой системе с помощью звена 14,подключающего напряжение U к входу усилителя

9 рассогласования. Действительно, с учетом введенной связи задатчика 12 с усилителем 9 выходное напряжение усилителя 9 определяется соотношением

« = K„(U + - U> U> — K

1 - 1 Р + ., о

Если звено 14 имеет коэффициент передачи К обратный коэффициенту усиления усилителя 9 рассогласования

Р к)ф то Ug Ug Uq= О. По

1 этому в данной системе, как и в известных системах аналогичного назначения, частота вращения турбины м в установившемся режиме определяется напряжением U задатчика и неравномерностью регулятора (сигналом обратной связи по положению маневрового золот ника U ).

В переходном процессе, когда сигнал задания U не уравновешивается сигналами обратных связей по частоте вращения U и положению сервомотора маневрового золотника 0ь, на выходе усилителя 10 появляется управляющий сигнал 0<, под действием которого электрогидравлический блок создает перепад давления на сермоторе маневрового золотника, вызывая его перемещение в направлении устранения рассогласования на входах усилителя 9.

В процессе отработки рассогласования напряжение о„ превышает зону нечувствительности элемента 11 и на его выходе возникает сигнал обратной связи, охватывающий усилитель 9 рассогласования и введенный в систему усилитель 10. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 10 напряжение, возникающее на выходе этого усилителя, обеспечивается при весьма малой разности сигналов U и

U>, действующих на его входах. Поэтому можно считать, что независимо от величины рассогласования в системе выходное напряжение усилителя 9 практически равно напряжению зэдатчика 12 опорного сигнала; Действительно, разU1 ность 0 ) — Ug равная может быть

К сделана сколь угодно малой за счет. увеличения коэффициента усиления К усилителя 10. При этом сигнал рас5 9184 новного канала 2. При этом задатчик

1, датчик 5 положения маневрового золотника и датчик частоты вращения 8 подключены к входам усилителя рассогласования резервного канала 17 так 5 же, как и в основном канале 2, а вы-. ход резервного канала 17 соединен с сервомотором 4 через электрогидравлический блок 3.

Работа системы рассматривается вна-О чале при исправном основном ка, нале 2.

В установившемся режиме, когда частота вращения соответствует заданной; сервомотор 4 неподвижен. Поэтому, пре-5 небрегая зоной нечувствительности электрогидравлического блока 3 и сервомотора 4, можно считать, что напряжение U íà выходе усилителя 10 управляющего сигнала равно нулю. Сле- ?o довательно, разность напряжения О и

Ug на выходах усилителя 9 рассогласования и задатчика 12 опорного сигнала, также равна нулю, т .е. U = Ug.

При Б =0 напряжение U< на выходе эле-25 мента 11 нечувствительности также равно нулю и выходное напряжение U усилителя 9 рассогласования при от.сутствии корректирующего звена 14 ! определяется равенством

Uq= К„(Π— U, — U,), где Ъ, Uь U> — напряжение дах задатчика 1, датчика 5 положения маневрового золотника и датчика частоты вращения 8 соответственно; . з5

k - коэффициент усиления усилителя 9 рассогласования.

Таким образом, в установившемся режиме при U = const сигналы обрат5 ной связи по частоте вращения 0 и 4о по положению маневрового золотника

U> автоматически подбираются в системе так,.чтобы обеспечивалась компенсация сигнала задатчика опорного напряжения на входе усилителя 10,. т.е 45

Ug = <1Р5 — Uq — U ) =-"з

3а счет этого пороговый элемент 13 находится в выключенном состоянии и напряжение на его выходе отсутствует.

При этом напряжения на входах усилите-,о ля 9 рассогласования удовлетворяют следующему равенству

115 — БЬ вЂ”.Ug + К = 0 °

Отсюда видно, что наряду со стати55 ческой погрешностью, обусловленной неравномерностью в данной системе возникает дополнительная погрешность, вызванная действием сигнала задатчика

52 8 свидетельствующий о неисправности основного канала управления. Этот сигнал используется как для индикации отказа, так и для ввода резервного канала. С этой целью выходной сигнал порогового элемента 13 подается на переключатель 16, который переключает питание с основного канала иа резервный. При этом выходной сигнал резервного канала 17 через электрогидравлический .блок 3 воздействует на сервомотор маневрового золотника, обеспечивая обработку рассогласования.

Аналогичным образом происходит выявление неисправности канала 2 и при возникновении отказов в других его звеньях, например в усилителе

10. Действительно, при отказе этого усилителя и появления рассогласования в системе нарушается действие цепи нелинейной обратной связи, охватывающей усилитель 9 рассогласования с выхода элемента 11. Поэтому усилитель 9 переходит в режим насыщения и его выходное напряжение отличается от опорного напряжения U на величину, превышающую порог срабатывания элемента 13. Это приводит к возникновению на выходе порогового элемента 13 напряжения, свидетельствующего об отказе основного канала управления, после чего происходит переход на резервный канал подобно тому, как это происходит при отказе усилителя 9 рассогласования.

Таким образом, отказы основного канала управления нарушают примерное равенство сигналов на выходах усили" теля 9 рассогласования и эадатчик 12, поскольку разрывается цепь обратной связи через элеме».: 11 и выходное напряжение усилителя 9, не может автоматически подстраиваться под опорный сигнал.

7 9184 согласования b U = U 5 — Иь — U

1 пенсируется напряжением нелинейной обратной связи, формируемым элементом

11 нечувствительности (напряжение 04 автоматически подбирается так, чтобы 5 выполнялось приближенно равенство

Ug Uy) .

Таким образом, в переходном процессе, как и в установившемся режиме, разность напряжений U; и U близка к с нулю, а потому пороговый элемент 13 остается в выключенном состоянии, и сигнал на его выходе отсутствует.

Отсюда следует, что усилитель 9 рассогласования как и усилитель 10, 15 независимо от величины рассогласования в системе, остаются в линейной зоне. Выходное напряжение усилителя

9 U U „а напряжение на выходе усилителя 10 примерно равно половине 20 зоны нечувствительности элемента 11.

3а счет этого устраняется нелинейное динамическое запаздывание, возникающее в усилителях-известных систем регулирования частоты вращения суда- 25 вых турбин. Такое запаздывание, обусловленное имеющимися в усилителях ре активными элементами, например элементами динамических корректирующих цепей, вызывает значительные труд- 30 ности в обеспечении устойчивости к получению требуемого качества переходных процессов в таких быстродействующих системах автоматического регулирования, какими являются системы ре35 гулирования частоты вращения судовых турбин. В данной системе эффект нелинейного запаздывания канал управления полностью исключается, в результате чего повышается быстродействие

40 и улучшаются динамические характеристики системы.

Далее рассматривается работа системы при отказе основного кана. а управления 2.

Если отказ произошел в усилителе рассогласования, то выходное напряжение U этого усилителя принимает. произ вольное зна чение, которое отличается от напряжения 0 на величину, пре" вышающую напряжение срабатывания порогового элемента 13. При надлежащем выборе напряжения U вероятность того, что при отказе усилителя 9 его выходное напряжение будет близко к 0 пре" мебрежимо мала. Поэтому отказ усили" теля 9 рассогласования приводит к срабатыванию порогового элемента 13, на выходе которого появляется сигнал, Выявление отказа канала в данной системе происходит практически мгно венно, так как неисправность любого звена-канала нарушает действие вве »-. денной обратной связи, в результатечего сразу же появляется раэностный сигнал (Ug - Щ, вызывающий срабатывание порогового элемента 13. Это позволяет осуществить автоматический переход на резервный канал за время, в течение которого частота вращения турбины практически не успевает измениться.

9184

Формула изобретения

Таким образом, отказ основного канала не нарушает работу главного . турбозубчатого агрегата и соответственно не изменяет скорость хода судна, что существенно повышает надежность работы системы управления и снижает опасность возникновения аварийных ситуаций. 8 этом состоит главное преимущество предлагаемой системы автоматического регулирования частоты враще- 1ð ния ротора судовой турбины по сравнению с известными, в которых контроль исправности регулятора осуществляется по сигналах рассогласования и требует введение временных задержек, снижающих надежность контроля и безопасность работы турбины.

Кроме того, введение нелинейной обратной связи с выхода усилителя управляющего сигнала через элемент нечувствительности на вход усилителя рассогласования предотвращает насыщение усилителей регулятора при больших рассоглавованиях в системе. За счет этого устраняется эффект нелинейного запаздывания, ухудшающий динамические характеристики известных систем.

Система регулирования турбины, содержащая электрогидравлический блок, связанный с сервомотором маневрового золотника; датчики частоты вращения ротора и положения маневро52 10 вого золотника и задатчик частоты вращения, подключенные к усилителям рассогласования канала управления, выходы которых подключены к входу электрогидравлического блока, переключатель питания каналов и цепи сигнализации неисправности, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения динамических характеристик системы, в каждый канал управления введены усилитель управляющего сигнала, задатчик опорного сигнала, элемент нечувствительности, корректирующее звено.с коэффициентом усиления, обратным коэффициенту усиления усилителя рассогласования, и пороговый элемент, и каждый усилитель управляющего сигнала включен между выходом усилителя рассогласования и входом электрогидравлического блока, элемент нечувствительности - между выходом усилителя управляющего сигнала и входом усилителя рассогласо-! вания, задатчик опорного сигнала под! ключен к входам усилителя управляюще го сигнала и порогового элемента не " посредственно, а к входу усилителя рассогласования - через корректирую,щее звено, вход порогового элемента связан также с выходом усилителя рассогласования, а выход его - с переключателем питания и цепями сигнализации неисправности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 553861, кл. F 01 Q 17/24, 1975.

9 8452

Составитель А. Калашников

Редактор И. Келемеа TexpegR ПекаРь Корректор М. Шароши

Заказ 2080/8 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)ОЯ Москва Ж-Я Рауаская наб. д«. 4/$

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