РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГИДРОТУРБИНЫ

Заявленная полезная модель относится к регуляторам частоты вращения гидротурбин. Полезная модель может использоваться в системах управления гидротурбин любого типа.
Известен регулятор частоты вращения гидротурбины (патент на полезную модель RU 51680 U1, МПК F03B 15/04, опубл. 27.02.2006), содержащий датчик частоты вращения, датчик ускорения, интегратор, механизм управления, выходы которых соединены через сумматор с усилителем, блок коррекции, распределительный золотник, соединенный с серводвигателем, датчик обратной связи положения штока серводвигателя, выход которого соединен с сумматором.
Основным недостатком регулятора является снижение в процессе эксплуатации гидроагрегата точности стабилизации положения серводвигателя регулирующего органа гидротурбины, связанного с постепенным износом и увеличением протечек между рабочими полостями серводвигателя.
Задачей, на выполнение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание регулятора скорости гидротурбины, обладающего значительно большими регулирующими возможностями по сравнению с известным, что позволит использовать в регуляторе золотниковые устройства и серводвигатели с пониженными техническими характеристиками по сравнению с заданными и при этом обеспечить стабильную работу регулирующих органов гидротурбины на всем ее жизненном цикле и сократить частоту включения маслонасосов маслонапорной установки.
Технический результат заключается в повышении точности и качества регулирования частоты вращения гидротурбины, снижении частоты и амплитуды колебаний регулирующих органов гидротурбины и повышении ресурса маслонапорной установки.
Для повышения эффективности отработки регулятора с характеристиками распределительных золотников и серводвигателей, отличающихся от заданных, авторы предлагают управляющий сигнал с сумматора 9 известного регулятора [1], показанного на фиг. 1, подать в блок адаптации 11, вычислить в нем требуемый коэффициент усиления в соответствии с предлагаемым алгоритмом и передать в усилитель 5.
Суть заявляемого технического решения заключается в том, что в известном регуляторе, показанном на фиг. 1, содержащем датчик частоты вращения, датчик ускорения, интегратор, механизм управления, выходы которых соединены через сумматор с усилителем, блок коррекции, распределительный золотник, соединенный с серводвигателем, датчик обратной связи положения штока серводвигателя, выход которого соединен с сумматором, дополнительно введен блок адаптации, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к усилителю.
На фиг. 1 показан регулятор в соответствии с заявляемым техническим решением, где:
1 - датчик частоты вращения гидротурбины;
2 - датчик ускорения;
3 - интегратор;
4 - механизм управления;
5 - усилитель;
6 - распределительный золотник;
7 - серводвигатель системы клапанов;
8 - постоянный статизм;
9 - сумматор;
10 - блок коррекции;
11 - блок адаптации.
Функционально блок адаптации 11 должен быть таким, чтобы в зависимости от управляющего сигнала на входе блока, в совокупности с реальными характеристиками распределительного золотника 6 и серводвигателя 7, обеспечить заданную характеристику расхода рабочей жидкости, т.е. такую характеристику, при которой обеспечивается необходимое соотношение между точностью регулирования частоты вращения, частотой и амплитудой колебаний регулирующих органов гидротурбины.
На фиг. 2 представлены графики определения функциональной зависимости блока коррекции, где:
ΔS - сигнал отклонения (рассогласования) текущего положения привода ГТ от заданного, сформированный сумматором обратной связи 9.
- величина изменения коэффициента усиления, формирующаяся блоком адаптации 11 только в установившихся режимах работы гидроагрегата и изменяющаяся с некоторой заданной скоростью от 0 до максимального значения ().
у
К - коэффициент усиления усилителя 5, динамически меняющийся на величину
Действие блока адаптации обеспечивает:
у
зад
- изменение коэффициента усиления (К) усилителя 5 с заданной скоростью до заданного максимального значения при вхождении сигнала |ΔS| со стороны внешней границы диапазона (точка ⎜ΔS3⎜) в заданный диапазон (отрезок ⎜ΔS3⎜ - ⎜ΔS1⎜) с задержкой по времени t (отрезки 3-5; 12-14 фиг. 2);
- при выходе сигнала ΔS через заданный диапазон (отрезок ⎜ΔS3⎜ - ⎜ΔS1⎜) - скачкообразное изменение коэффициента усиления усилителя 5 до начального значения Ку0 (отрезки 5-6; 8-9; 14-15 фиг. 2);
зад
- при возвращении сигнала ⎜ΔS⎜ со стороны внутренней границы диапазона (точка ⎜ΔS1⎜) в заданный диапазон (отрезок ⎜ΔS3⎜ - ⎜ΔS1⎜) и прохождении точки гистерезиса (точка ⎜ΔS2⎜) - повторное изменение коэффициента усиления усилителя с заданной скоростью до заданного максимального значения с задержкой по времени t (отрезки 6-8; 9-11 фиг. 2);
- при выходе сигнала ⎜ΔS⎜ со стороны внешней границы диапазона (точка ⎜ΔS3⎜) из заданного диапазона (отрезок ⎜ΔS3⎜ - ⎜ΔS1⎜) - скачкообразное изменение коэффициента усиления усилителя 5 до начального значения Ку0 (отрезок 11-12 фиг. 2).
Необходимость введения блока адаптации возникла по результатам промышленной эксплуатации регуляторов частоты вращения на гидроагрегатах Чирюртской ГЭС-2, Зарамагской ГЭС и ГЭС «Нам На 2», имеющих поворотно-лопастные гидротурбины. В связи с увеличением в процессе эксплуатации величины протечек между полостями серводвигателя рабочего колеса гидротурбины не удавалось достичь требуемой точности стабилизации положения лопастей рабочего колеса, являющегося функцией (комбинаторная зависимость) от положения серводвигателя направляющего аппарата и действующего напора. Для повышения точности стабилизации положения лопастей рабочего колеса в известном регуляторе, показанном на фиг. 1, имеется только один способ - это увеличение, постоянно действующего, коэффициента усиления сигнала рассогласования, задаваемого в усилителе 5, что приводило к резкому увеличению частоты колебаний серводвигателя рабочего колеса 7, повышению расхода масла через распределительный золотник 6, частому включению маслонасосов и сильному нагреву масла.
Попытки достичь требуемого результата, без введения блока адаптации, не увенчались успехом. Оптимального значения, постоянно действующего, коэффициента усиления, обеспечивающего требуемую точность и качество регулирования, подобрать не удавалось. К тому же, значительное изменение коэффициента усиления усилителя 5 приводило к необходимости перенастройки всех коэффициентов ПИД-регулятора гидротурбины и проведению полномасштабных испытаний.
Применение блоков адаптации 11 с алгоритмами, обеспечивающими изменение в установившемся режиме работы гидроагрегата коэффициента усиления усилителя 5 в зависимости от величины сигнала рассогласования в течение заданного времени, позволило получить необходимую точность и качество регулирования этих гидроагрегатов с теми же коэффициентами регулятора и сервопривода, которые были изначально определены при вводе гидроагрегата в эксплуатацию.