Главные сервомоторы. Назначение и разновидности
Главные СМ – гидравлические устройства, преобразующие изменение давления жидкости в перемещение исполнительного органа системы регулирования.
Главный СМ должен быть рассчитан на преодоление внешнего усилия при открытии клапанов с учётом возможных сил трения в клапане и механизме передачи движения. Поэтому фактическое усилие с учётом коэффициента передачи должно превосходить в 2 – 2,5 раза максимального усилия на клапане.
Регулирующий клапан всегда закрывается действием механической пружины. Помогает закрытию усилие пара или газа. Поэтому нет необходимости в больших усилиях СМ на закрытие, но нужно обеспечить большое быстродействие (0,25 – 0,35 с.). Открытие регулирующих клапанов всегда осуществляется СМ за счёт подвода давления рабочей жидкости. Быстродействие СМ на открытие может быть в 5 раз меньше, чем на закрытие (время полного открытия 1 – 1,5 с.).
| Рис.27. Разновидности главных сервомоторов |
Применяемые в настоящее время разновидности главных сервомоторов показана на рис.27. На рис.27,а показан двусторонний сервомотор с одинаковыми площадями (S1 = S2) при движении на открытие и закрытие сервомотора. Этот сервомотор имеет наименьшие габаритные размеры, не нуждается в механической пружине при движении на закрытие, может иметь примерно одинаковое быстродействие при движении вверх и вниз и развивает одинаковое усилие в обе стороны. Перечисленные признаки отнесены к его положительным качествам. Однако недостаток этого сервомотора заключается в его малой экономичности: необходим слишком большой расход масла, особенно на закрытие (при большей скорости движения поршня), когда от сервомотора не требуется больших усилий, но нужны значительная мощность главного масляного насоса, увеличение диаметра трубопроводов на подводе и сливе существенно усложняет конструкцию всей системы регулирования.
По этой причине такой СМ используется там, где можно с помощью ограничений в отсечном золотнике уменьшить количество масла, подводимое к СМ, ограничить его быстродействие без ущерба для качества работы СР, а также там, где требуется большое, примерно одинаковое, усилие СМ при его перемещении в обе стороны.
Стремление уменьшить требуемый расход масла на перемещение СМ привело к созданию конструкции с диф. поршнем. В таком СМ диаметр штока сильно увеличен так, что S1<S2 в 2,5 раза. Соответственно в 2,5 раза по сравнению с первой конструкцией уменьшается необходимый расход масла. Таким образом, этот СМ обеспечивает значительную экономию масла, позволяет уменьшить мощность ГМН, диаметры подводимых к СМ трубопроводов, за счёт чего упрощается конструкция СМ. Габариты этого СМ несколько возрастают (в теплофикационных турбинах УТМЗ).
На рис. 27в изображён односторонний СМ с мех. пружиной, действующей на его закрытие. В этом случае СМ потребляет масло только во время открытия. Движение вниз осуществляется за счёт усилия пружины. Габариты его, за счёт применения пружины значительно больше, а конструкция несколько сложнее. Применение этой конструкции обеспечивает дальнейшее сокращение диаметров трубопроводов.
На рис. 27г показан СМ с выдвигающимся телескопическим поршнем. Перемещающийся поршень состоит из двух частей: внешний поршень 1 большого диаметра D1 имеет очень небольшой ход H, в связи с чем при своём перемещении вверх быстро встаёт на верхний упор. В первый момент оба поршня перемещаются вместе. При этом создаётся большое усилие, необходимое для отрыва регулирующего клапана от седла. В дальнейшем усилие быстро уменьшается и регулирующий клапан открывается только за счёт перемещения внутреннего поршня 2, имеющего меньший диаметр D2. Такой СМ потребляет масло примерно в два раза меньше, чем односторонний СМ, что позволяет ещё уменьшить мощность ГМН и увеличить экономичность СР. Закрытие СМ в этой конструкции также осуществляется механической пружиной.
Промежуточные сервомоторы. Назначение и требования. Сравнение принципиальных схем (ПСМ с МП и ГП: достоинства и недостатки).
| Рис. 1. ПСМ с механической пружиной |
Промежуточный сервомотор представляет собой точное регулирующее устройство, которое воспринимает изменение регулирующего импульса гидравлической линии связи и преобразует в перемещение связанного с ним золотника. ПСМ систем регулирования турбин имеют поступательно перемещающийся поршень и используют механическую или гидравлическую пружину. Основным требованием, предъявляемым к ПСМ, является высокая точность слежения за регулирующим импульсом. Это требование выполняется, если сервомотор имеет:
1. достаточную жесткость, т.е. при постоянном сигнале регулирования его смещение при изменении внешней силы не превышает заданной точности;
2. большое быстродействие;
3. минимальную нечувствительность к изменению сигнала регулирования (не более 0,05%);
4. минимальную пульсацию поршня;
5. высокую стабильность своих качеств в процессе длительной эксплуатации.
Схема одностороннего пружинного сервомотора показана на рис.1. Рабочая жидкость переменным давлением рх (регулирующий импульс) воздействует сверху на поршень 5, который нагружен с другой стороны введшим усиление R (силы от золотника 8 и рычагов 7) и силой kx механической пружины.
Жёсткостью СМ называют величину силы, вызывающую смещение его поршня на единицу перемещения. Жёсткость СМ с механической пружиной определяется жёсткостью его пружины.
| Рис. 2. ПСМ с гидравлической пружиной |
Схема допускает получение большого усиления по перемещению, так как при небольшом ходе регулятора (сечение fX1) можно получить большое перемещение поршня за счет изменения угла конуса 6 самовыключения. Схема имеет постоянный расход рабочей жидкости