Устройство для исследования работы регуляторов гидротурбин

 

ЛЬ 671193

Класс 421), 4?и, !3

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретеиий Госияана СССР

В. В. Солодовников

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРОВ

ГИДРОТУРБИН иаявг1еяo 10 ноября 1040 года в Нар1сомадсктропро» за, 1Ъ 3 О1!) 130330,1

Опуоа11ковано 30 се1ггяоря 1946 года

Предметом настоящего изобретения является устройство для исследования работы регуляторов гидротурбин, основа1нное на воспроизведении условий работы регулируемого объекта при помощи электрических моделей гидротурбины и трубопровода. При этом, согласно изобретению, в качестве модели гидротурбины применен электрический интегратор, выполненный в виде ряда измерительных приборов электродинамическогG типа, подвижные рамки которых укреплены на общей оси. Токи на выходе интегратора, пропорциональные угловой скорости подвижной системы последнего, предназначены для изменения частоты генератора, питаloIIIpI o синхронный двигатс,,1ь, водящий во вращение центробежный маятник исследуе 111го р:, гулятора.

С целью воспроизведения явления гидравлического удара в качестве модели трубопровода гидротурбины применена схема замещения длинной линии, составленная из ряда емкостей и самоиндукций. В начале

i1H11H H В к л 10 1е и 11 с т о ч н н к ток а, а В конце — электронная лампа, работающая на верхнем загибе своей характепистики. Для изменения величины сеточного напряжения лампы использован шток поршня исследуемого регулятора. Падение напряжения на сопротивлении, включенном в анодную цепь лампы, использовано для .питания одной из рамок интегратора, возбуждение которой изменяется в зависимости от 1положения штока исследуемого регулятора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого устройства, переходные процессы в котором описываются теми же уравнениями, что и процессы в гидротурбине.

Основнымн частямп устройства

10>ляются: а) электрический шпегратор I, выполпепный в виде, ряда измерительных приборов электродинамнческого типа, подвижные рамки которых укреплены на общей оси

12 — (2; б) ламповый генератор 28 с усилителем 29; в) синхронньш двигатель 80;

Л (17093 г) центробежный маятник 81; д) схема замсщегп1я 11, шпасмая от источника тока 6 н служащая моделью трубопровода гидротурбины; е) электронная лампа 2, сеточное напряжение которой изменяется в зависимости от положения штока

88 поршня исследуемого регулятора 82.

Диференциальное уравнение гидрогенератора при работе машины бесконечной мощности имеет вид

d

Т +Яр — -(- М, srn8=Nn (1)

dt dt где Т „— коэфициен r, определяемый постоянной времени ма шины и частотой;

«I2 угловая GKopocT1 Г1!Дротурбины;

t — время;

d8

N ð — — мощность, затрачиваер дГ мая в демпферных обмотках и полюсных башмаках; (-) — угол ротора в радианах;

N,. — синхронизирующая мощность в относительных единицах;

N1 — мощность, развиваемая турбиной, в относительных единицах, Величина угловой скоросги определяется уравнением

d0

+ ° Я вЂ” —.

2 О

<И (2) где «>41 — угловая скорость, соотвсагствующая номинальному числу оборотов, Ь в — изменение угловой скорости; (() — единичная функция Хевисайда.

Подстановка значения ш 2 в диференциальное уравнение гидрогенератора приводит последнее после преобразования к виду:

Д2 8 7grl d8

+ ° — + sin 8=

dt - 7а dt 7а

= — — — (Ьсо (1(). (3)

7а alt

Вывод уравнений, описывающих переходные п роцессы в предлагаемом устройстве, может быть произведен следующим образом.

d0

74 12

Вращающий момент, создаваемый электромагнитом 24, равен: с 14 14, где 14 ток в рамке 26, а 11 — ток возбуждения электромагнита 24. Таким образом уравнение движения подвижной системы интегратора 1 будет иметь вид:

1128 k d 8 Ь вЂ” „+ — I2. — + l2 12 srn 0=

«it- ./ dt ./ с — 24 74 .I (4) где I — момент инерции подвижной системы.

Сравнивая уравнения (3) и (4), легко видеть, что уравнения машины и интегратора будут аналогичны, если

1cl ЛР Ь t; Tq l,(с — ; — —. (.4.1,, J Та J T J Ta

Регулировка токов i2, 12 и I производится при помощи реостатов

9, 10, 11. Последний член в правой части уравнения (2) соответствует начальной скорости подвижной системы интегратора.

Если обозначить через 12 ток в рамке 28, находящейся в однородном магннп11ом поле электромагнита 22, ток возбуждения которого равен 12, то вращающий момент, действующий на подвижную систему электрического интегратора I благодаря взаимодействию токов

1з и 12 будет равен:6 . г 2 12 sin И где Π— угол отклонения рамки

28 от того положения, в котором ее пронизывает максимальное число магнитных силовых линий.

Ток на выходе усилителя 26, вход которого присоединен к рамке 17 (вращающейся в радиальном магнитном поле постоянного магнита

tI, 8

16), пропорционален -- -. Усили( тель 26 используется для питания рамки 19. Если обозначить через I ток возбуждения электромагнита

18, то создаваемый им вращающий момент будет равен:

М 67093

Рассмотрим теперь выражение для мощности V1, развиваемой и» валу турбины. Если обозначить через Upzzep скорость истечения воды из трубопровода, а через г скорость воды перед задвижкой, то

8 = ттистеч р, где S, — поперечное сечение трубопровода, ар — открытие. Но

vacxes=A.1 2дН, где Н вЂ” напор.

Следовательно, u=k,ð Н . (6)

Мощность на валу турбины равна: (О Н вЂ” т тистеч. p ° Н=

11 P Н =(О v Н.

/2 (6)

Таким образом, если предположить, что ток (4 на конце схемы замещения О пропорционален скорости v, а напряжение е на конец схемы замещения пропорционально напору Н, то легко достигнуть того, чтобы на подвижную систему интегратора действовал вращающий момент, пропорциональный

fo

Для этого необходимо рамку 25 электромагнита 24 включить последовательно со схемой замещения, а обмотку возбуждения электромагнита 24 питать от усилителя 8, создающего на выходе ток 14, пропорциональный напряжению е на его входе.

Граничному условию (5) на конце трубопровода соответству ет граничное условие на конце схемы П: г=т ° р ° ф7 е, (7) где р — проводимость схемы, включенной на конце схемы замещения, а л — постоянная.

Так как точное осуществление равенства (7) электрическим способом затруднительно, то можно, положив е=е11 + 1Ье, разложить (71 в ряд. Ограничиваясь двумя первыми членами, имеем:

14 = i,+i 4 — — т;- ее+ Л е . (8)

Из уравнения (8) следует, что ток 14 должен состоять из двух составляющих, первая из которых зависит от открытия о или поло>кения поршня сервомотора, а вторая как от открытия, так и от пан ряжения на конце схемы 11.

Для получения составляющей используется пентод 2, работающий в той части своей характеристики, в которой его анодный ток не зависит от анодного напряжения и линейно зависит от сеточного напряжения. Сеточное напряжение пентода 2 изменяется поршнем 88 сервомотора, передвигающего движок реостата 8. Для получения составляющей i1 параллельно пентоду 2 включено сопротивление 5.

Напряжение батареи 7 подобрано так, чтобы в установившемся режиме напряжение на зажимах реостата 5 равнялось нулю. При переходных процессах ток., протекающий через реостат 5, будет

ПрОПОрцИОНаЛЕН а . р . т3 Е, ГдЕ р— положение движка реостата 5, х — постоянная, а Л е — повышение (или понижение) напряжения в конце схемы 11. Движок реостата 5, так же как и движок реостата 8, передвигается поршнем сервомотора. Соединение между движками реостатов 8 и 5 — только механическое., но Не электрическое.

Интегратор I приводит в действие регулятор скорости 82 при помощи лампового генератора 28 с усилителем 29, питающим реактивный мотор 80 центробежного маятника 81. Изменение частоты лампового генератора 28 пропорционально угловой скорости интегратора I. Изменение частоты лампового генератора производится при помощи дросселя с подмагничиванием, имеющего четыре обмотки: обмотку подмагничивания 27, питаемую от усилителя 26. обмотку подмапп1чивания 15, обмотку обратной связи 18 и обмотку 14, включенную в колебательный контур лампового генератора. Прн отсутствии тока â обмотке 27 и при некотором постоянном токе подмагничивания 13 обмотке 15 ламповый генератор дает на выходе пе° o>o ремс1гный ток частотой: При по2 -,. явлении в обмотке подмап3ичшзания 27 тока, п ропорционального

¹ 67093

d0, индуктивность обмотки 14, включенной в колебательный контур генератора, изменяется. Вследствие изменения индуктивности колебательного контура изменяется также и частота лампового генератора, причем изменение частоты

Ю пропорционально

Внезапный скачок частоты шин бесконечной мощности в уравнении (2) отображается членом

Л в (1) и в уравнении (3) — членом — (" М)

d

Член — (» (! )) соответствует загс данию подвижной системе интегратора начального значения скорости.

Это начальное значение скорости задается реле 21 с регулируемой выдержкой времени, которое подает в обмотку 20 электромагнита 18 импульс тока, продолжительность которого мала по сравнению с периодом собственных колебаний прибора, а величина подбирается таким образом., чтобы начальная скорость равнялась требуемой величине.

Так как уравнение (2) определяет угловую скорость, на которую должен реагировать центробежный маятник, то из него очевидно, что одновременно с заданием начальной скорости подвижной системе интегратора, ток подмагничивания дросселя лампового генератора должен быть внезапно изменен.

Итак, весь процесс, аналогичный процессу регулирования, будет происходить следующим образом.

Подвижная система интегратора после задания начальной скорости начнет двигаться; частота тока, питающего мотор 80 маятника 8I, начнет изменяться и поршень сервомотора будет двигаться; при движении поршня сервомотора в схеме замещения О возникнет переходный процесс, который будет влиять на колебания подвижной системы интегратора I при помощи электромагнита 24.

Предлагаемая схема может служить для исследования устойчивости системы регулирования. Процесс регулирования будет неустойчив, если колебания подвижной системы будут не затухающими, а раскачивающимися.

Регистрация процесса регулирования производится путем записи на движуйщейся бумаге колебаний подвижной системы интегратора.

Исследование влияния параметров машины на процесс регулирования производится соответствующим из. менением токов в рамках и обмотках возбуждения электромагнитов интегратора.

Исследование влияния параметров трубопровода на процесс регулирования можно произвести, изменяя величину индуктивностей 1 и емкостей 4 схемы замещения О, а также изменяя число звеньев схемы замещения.

Предмет изобретения

1. Устройство для исследования работы регуляторов гидротурбин, основанное на воспроизведении условий работы регулируемого объекта при помощи электрической модели гидротурбины и трубопровода, о т л и ч а ю щ е е с я применением в качестве модели гидротурбины электрического интегратора, выполненного в виде ряда измерительных приборов электродинамического типа, подвижные рамки которых укреплены на общей оси, а токи на выходе интегратора, пропорциональные угловой скорости подвижной системы последнего, предназначены для изменения частоты генератора, питающего синхронный двигатель, приводящий во вращение центробежный маятник исследуемого регулятора.

2. Форма выполнения устройства по и. 1, отличающаяся тем, то с целью воспроизведения явления гидравлического удара в качестве модели трубопровода гидротурбины применена схема замещения длинной линии, составленная из ряда емкостей и самоиндукций, в начале которой включен источник