Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

До последнего времени общепринятым эксплуатационным пара­ метром для оценки вибрационного состояния агрегата считалась

ство, что весьма распространенные вибродатчики (магнитоэлектри­ ческие или индукционные) генерируют э. д. с:, пропорцио­ нальную именно виброскорости. Датчик такого типа представлен на рис. 11.12, а. Катушка 1 датчика, подвешенная на плоских пру­ жинах 2, находится в магнитном поле постоянного магнита 3. При колебаниях катушки ее витки пересекают линии поля и в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея возникает э. д. с.

е = — N d$>

dt

где N г— число витков катушки; dO/dt — скорость изменения во времени магнитного потока, сцепленного с катушкой.

При постоянстве магнитного потока в зазоре системы вёличина <ЗФ/ dt определяется только скоростью перемещения катушки. Отсюда следует, что э. д. с. датчика е пропорциональна виброскорости ѵ.

Используя такой датчик и считая виброскорость контролируемым параметром, можно достичь значительного упрощения измеритель­ ной аппаратуры. Действительно, для получения с помощью индук-

55

ционного датчика выходного сигнала, пропорционального вибросмещеншо или виброускореншо, необходимо осуществить интегри­ рование или дифференцирование сигнала, что, как известно, связано с потерями и с усложнением аппаратуры.

Сторонники выбора виброускорения в качестве контролируемого параметра ссылаются главным образом на то, что в результате повышенной вибрации прежде всего разрушаются соприкасающиеся с колеблющимся валом подшипники и уплотнения. Это разрушение является результатом воздействия силы, возникшей как следствие колебаний и пропорциональной колебательному ускорению. Сто­ ронники этой точки зрения ссылаются также на то, что в газовых турбинах вибрационные поломки валов — явление чрезвычайно ред­ кое, поэтому виброскорость как фактор, характеризующий макси­ мальные напряжения в вале, не является для машин такого класса определяющим.

Создание аппаратуры для измерения виброускорения также не связано с какими-либо специфическими трудностями. Успехи, достиг­ нутые в разработке материалов типа титаната бария или ниобата свинца с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами, способ­ ных работать в широком диапазоне температуры и влажности, позволяют использовать их для конструирования вибродатчиков. Пьезоэлектрический эффект выражается в возникновении на поверх­ ностях кристаллов электрических зарядов, пропорциональных силе сжатия или растяжения, действующей на кристалл.

Вибродатчнк с пьезокристаллом показан на рис. 11.12, б. Две пьезокристаллические пластины 1 ориентированы таким образом, что возникающие на них заряды складываются на центральном электроде 2. Пластины предварительно поджаты инерционной мас­ сой 3 с помощью плоских пружин 4. При колебаниях величина поджатия, а следовательно, и заряд на пластинах изменяется про­ порционально вибрационному ускорению инерционной массы, т. е. выходной сигнал датчика пропорционален величине виброуско­ рения.

Таким образом, в настоящее время трудно отдать предпочтение тому или иному параметру. Положение осложняется отсутствием экспериментально апробированных критериев для суждения о пре­ дельно допустимых значениях виброскорости и виброускорения. На рис. 11.13 показан характер изменения предельно допустимых значений вибросмещения, виброскорости и виброускорения в зависи­ мости от частоты колебаний при условии, что предельно допустимое значение одного из них от частоты не зависит. Несмотря на эти трудности, для газовых турбин разработаны и уже эксплуатируются комплекты виброаппаратуры обоих типов. Однако аппаратура, как осуществляющая защиту по виброскорости, так и рассчитанная на виброускорение, предусматривает возможность визуального кон­ троля вибросмещения. Это следует рассматривать не только как дань традициям, но и как необходимость, обеспечивающую возмож­ ность сопоставлять различные методы.

56

Д л я з а щ и т ы а г р е г а т а от о с е в о г о с д в и г а валов используются гидравлические реле осевого сдвига. Принцип действия реле основан на изменении давления масла в трубке, подводящей масло к соплу, при изменении зазора между соплом и торцом бурта на валу агрегата. Давление измеряется контактным манометром или бесшкальным реле давления. Следует отметить, что такие гидравли­ ческие реле осевого сдвига обладают значительной нелинейностью

V.W

характеристики смещение вала — давление масла, из-за чего их неудобно использовать для измерительных целей.

В связи с повышением интереса к электрическим и электропневматическим схемам регулирования вновь начали разрабатывать электрические реле осевого сдвига. На рис. 11.14 показаны две схемы таких реле. Их несомненным достоинством следует считать возможность измерения осевого сдвига вала работающей машины. На рис. 11.14, а представлена схема реле осевого сдвига с датчиком дифференциально-трансформаторного типа. Обмотки питания распо­ ложены на боковых стержнях датчика и соединены между собой согласно. При симметричном расположении датчика относительно

57

бурта на валу магнитные потоки, создаваемые каждой обмоткой питания, равны между собой, а поток в среднем стержне отсутствует. При перемещении вала равенство. магнитных потоков нарушается

ив среднем стержне возникает магнитный поток. Его направление

ивеличина, а следовательно, величина и фаза индуктируемого в изме­ рительной обмотке напряжения, зависят от направления перемеще­ ния вала. Напряжение, снимаемое с измерительной катушки, выпрям­ ляется фазочувствительным выпрямителем.

На рис. 11.14, б изображена мостовая схема измерения осевого смещения вала. Измерительный мост, состоящий из катушек датчика

ирезисторов, балансируется таким образом, чтобы при симметрич­ ном расположении катушек датчика относительно бурта, вала напря­ жение на измерительной диагонали моста было равно нулю. При смещении вала выходное напряжение увеличивается, фаза его зави­

сит от направления смещения.

З а щ и т а а г р е г а т а по п о г а с а н и ю ф а к е л а относится к за­ щитным цепям второй группы, для которых необходимо использование контакта включения защиты (см. рис. II.8, б). Обычно эта защита включается после открытия регулирующего клапана, например по сигналу его конечного выключателя. Контроль наличия факела в камере сгорания осуществляется с помощью фотореле — прибора, реагирующего на переменную составляющую яркости факела. В ка­ честве чувствительного элемента в фотореле используются фототриоды («Факел-4» и «Луч-3») или фоторезисторы («Пламя»).

"Защитные функции фотореле не ограничиваются подачей команды на остановку агрегата при погасании факела. В процессе пуска фотореле фиксирует момент зажигания факела, давая после этого разрешение на выполнение последующих операций. К недостаткам фотореле указанных типов следует отнести малый температурный диапазон работы фототриодов и фоторезисторов. Так как датчики фотореле устанавливаются на смотровых окнах камеры сгорания

имогут нагреваться до значительной температуры, для них пред­ усматривается водяноеохлаждение.

Так же, как и защита по погасанию факела, строятся цепи защиты

ипо некоторым другим параметрам. Например, защита по падению давления масла смазки включается после включения пускового масля­ ного насоса, когда давление масла достигнет установленной вели­ чины; эта защита действует все время работы агрегата. Защита по падению давления топливного газа включается после открытия крана 14. При остановке агрегата она отключается после закрытия крана. Защита по снижению перепада давления масло — газ вклю­ чается после открытия крана 4. В дальнейшем включающий ее контакт блокируется другими, благодаря чему защита действует, хотя кран 4 в процессе пуска закрывается.

Вкачестве датчиков цепей защиты в перечисленных случаях используются обычные приборы общепромышленного применения:

контактные манометры, реле давления, дифференциальные реле и манометры.

58

Г л а в а III. ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Представление двузначной информации с помощью релейных и ключевых устройств

I

В настоящее время наибольшее применение в технике управления нашла двузначная информация о событиях: либо событие прои­ зошло («да»), либо оно не состоялось («нет»). Каждой из этих двух

Рис. III.1. Характери­ стики выход — вход эле­ ментов в режиме релей­ ного (а) и ключевого (б)

повторителя.

У, и У. — значения выход­ ного параметра при отсут­ ствии (У,) и наличии (У.) входиого сигнала А ; А', н

А . — значения входного па­

раметра, при которых про­ исходят восходящее (А.) я нисходящее (А,) изменения выходной величины.

возможностей можно присвоить символические численные значения: состоявшемуся событию — единицу (1), несостоявшемуся — нуль (0). Такая символика в обозначении содержания информации позволяет наглядно описывать различные ситуации, а самое главное, проводить аналитические расчеты и преобразования на основе специального математического аппарата. В соответствии с двузначным характером информации любые устройства, имеющие два дискретно различных состояния, могут быть использованы для ее фиксации. Этим свой­ ством, в частности, обладают различные двухпозициоыные электро­ магнитные, пневматические, акустические (и т. д.) релейные * устрой­ ства, характеристика выход — вход которых представлена на рис. III.1, а.

* Под релейным понимается любое устройство, при подаче на вход кото­ рого плавно изменяющейся величины (например, тока, напряжения и т. д.) выходная меняется скачкообразно (при определенных значениях входного параметра). Обычно зависимость выход— вход у реле имеет петлеобразный характер.

59

Возможна фиксация двузначной информации и с помощью эле­ ментов, не обладающих дискретностью зависимости выход — вход, например усилителей. Характеристика последних, как известно, имеет вид монотонно меняющейся кривой с переходом на последнем участке в насыщение. Если подавать на вход таких элементов сиг­ налы, достаточные для доведения их до насыщения, то наличию сигнала (информации) будет отвечать максимальное значение выход­ ной величины, а его отсутствию — минимальное. Здесь важно, чтобы сигнал имел значение выше насыщающего. Такие устрой­ ства получили название устройств ключевого * режима (см.

рис. III.1, б).

Рис. III.2. Переход в режимы инвертора (а) н триггера (б) при смещении.

В релейных и ключевых устройствах можно смещать характе­ ристику относительно начала координат путем подачи на вход некоторой постоянной величины Х см той же природы, что и входная.

если X — 1, то У = 1, а если X = 0, то и Y = 0. Выходная вели­ чина здесь по алгебро-логическому значению повторяет входную;

* Устройства ключевого режима, как и реле, требуют наличия определен­ ного входного сигнала, при этом выходная величина может принимать также одно из двух дискретных состояний в зависимости от характера информации.

60