CS211059B1 - Mechanicko-hydraulický snímač otáček hřídelů rychloběžných strojů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká především snímačů, zařazovaných ve spojeni s regulátorem otáček nebo s pojistným zařízením do regulační smyčky parní turbiny. Snímač otáček podle vynálezu má odstranit rušivé vlivy změn tlaku regulačního oleje na výstupní tlakový signál, a tím zabezpečit plynulé sledování skutečného stavu otáček hřídele parní turbiny. Zatímco dosud se snímače otáček konstruovaly tak, aby se zvyšováním otáček se zvyšoval i tlak regulačního oleje na výstupu snímače, bude se podle vynálezu se zvyšujícími se otáčkami tento tlak snižovat. K tomu slouží uspořádání snímače otáček vytvořeného tak, že jeho pouzdro je rozděleno přepážkou na silový a tlakový prostor, spojené otvorem v této přepážce. V silovém prostoru je nad tímto otvorem uspořádána kuželka, o níž je opřeno závaží, jehož těžiště je vůči ose rotace umístěno excentricky. Toto závaží, středěné pružnicí, je zatíženo silou tlačné pružiny, která je opačným koncem opřena o víko pouzdra. Tlakový prostor je opatřen vstupním otvorem tlakové pracovní kapaliny - oleje.

Description

Vynález se týká především snímačů, zařazovaných ve spojeni s regulátorem otáček nebo s pojistným zařízením do regulační smyčky parní turbiny.

Snímač otáček podle vynálezu má odstranit rušivé vlivy změn tlaku regulačního oleje na výstupní tlakový signál, a tím zabezpečit plynulé sledování skutečného stavu otáček hřídele parní turbiny.

Zatímco dosud se snímače otáček konstruovaly tak, aby se zvyšováním otáček se zvyšoval i tlak regulačního oleje na výstupu snímače, bude se podle vynálezu se zvyšujícími se otáčkami tento tlak snižovat. K tomu slouží uspořádání snímače otáček vytvořeného tak, že jeho pouzdro je rozděleno přepážkou na silový a tlakový prostor, spojené otvorem v této přepážce.

V silovém prostoru je nad tímto otvorem uspořádána kuželka, o níž je opřeno závaží, jehož těžiště je vůči ose rotace umístěno excentricky. Toto závaží, středěné pružnicí, je zatíženo silou tlačné pružiny, která je opačným koncem opřena o víko pouzdra. Tlakový prostor je opatřen vstupním otvorem tlakové pracovní kapaliny - oleje.

ί .1ΊΗ0

Vynález řeší mechanicko-hydraulický snímač otáček hřídelů rychloběžných strojů, vhodný ^z zejména pro turbiny. Tohoto snímače lze použít ve spojeni s regulátorem otáček k přímému řízení otáček turbiny, nebo ve spojení s pojistným zařízením ke sledování maximálních přípustných otáček turbiny.

Je známa celá řada řešení mechanicko-hydraulických snímačů otáček na různých principech, většinou ve spojení s regulátorem otáček.'Nejstaršími jsou odstředivé regulátory, spojené s rotujícími hydraulickými šoupátky, jimiž je tlak oleje laděn tak, aby klesal s rostoucími otáčkami. Novější jsou řešení, založená na principu působení odstředivých sil prostřednictvím systému klapka-tryska ve spojení s dobíhacím pístkem a některé další méně významné principy. Jedním z nejužívanějších je princip hydraulicko-mechanického regulátoru podle čs. patentu č. 94 687. U něj je kuželka, na niž působí odstředivá síla, zatížena tahem pružiny a zavěšena na ploché pružině, upevněné druhým koncem na tělese regulátoru. Tímto uspořádáním je odstraněno mechanické třeni. Odstředivá síla kuželky, tah pružiny a tlak kapaliny na vnitřní plochu kuželky tvoří silovou rovnovážnou soustavu, přičemž tlak impulsní kapaliny je nepřímo závislý na otáčkách.

Všeobecným nedostatkem dosavadních mechanicko-hydraulických regulátorů otáček, zejména u parních turbin, je nedostatečné potlačení rušivých vlivů, přenášených z tlakového oleje na výstup ze snímače. Především jsou to tlakové změny, vznikající například odběrem tlakového oleje pro pohon ostatních regulačních mechanismů. Některé mechanicko-hydraulické snímá če jsou také omezeny použitelným rozsahem otáček a je nutné vkládat mezi rotor turbiny a vlastní snímač ozubené převody. Tím se tato zařízení stávají složitými a bývají pak zdrojem častých poruch.

Úkolem mechanicko-hydraulického snímače otáček hřídelů rychloběžných strojů je podstatně omezit uvedené nedostatky. Podstata tohoto mechanicko-hydraulického snímače spočívá v tom, že jeho pouzdro je rozděleno přepážkou na silový prostor a tlakový prostor, vzájemně spojené otvorem. Přitom ze silového prostoru je otvor, uzavíratelný kuželkou, proveden v řečené přepážce. O kuželku je opřeno závaží s excentricky umístěným těžištěm; tato excentricita je vztažena sůči ose rotace. Závaží je zatíženou silou tlačné pružiny, opírající se opačným koncem o víko a je středěno pružnicí. Tlakový prostor je opatřen vstupním otvorem tlakové pracovní kapalin,/.

Předností mechanicko-hydraulického snímače otáček hřídelů rychloběžných strojů je zejména to, že eliminuje vliv tlakových pulsací pracovní kapaliny na velikost výstupního tlaku a nezkresluje tedy výstupní tlakový signál. Další předností je jednoduchost a přitom funkční spolehlivost tohoto snímače. Tyto výhody vyplývají z toho, že mechanicko-hyaraulický snímač podle vynálezu vytváří v závislosti na rostoucích otáčkách klesající tlakový signál.

Jeden příklad praktického provedení mechanicko-hydraulického snímače otáček hřídelů rychloběžných strojů je znázorněn na výkresu. Na jeho obr. 1 je zobrazen příčný řez hřídelem parní turbiny, v němž je osazen mechanicko-hydraulický snímač podle vynálezu. Obr. 2 znázorňuje formou diagramu závislost silových poměrů ve snímači na otáčkách a obr. 3 zobrazuje rovněž formou diagramu závislost těchto silových poměrů na zdvihu kuželky, respektive na stlačeni pružiny a změně excentricity závaží.

Jak je patrno z obr. 1 , sestává podle tohoto přikladu mechanicko-hydraulický snímač otáček hřídelů rychloběžných strojů z válcového pouzdra J., vloženého do hřídele 2 turbiny a v něm upevněného šrouby 70. Uvnitř pouzdra je volxiě uloženo závaží g, které se svým hrotem opírá o kuželku 30. shora uzavírající otvor 101. Na nákružek závaží g dosedá svým spodním koncem tlačná pružina 4· Mezi nákružkem závaží g a pružinou 4 j® sevřen mezikruhový konec středící pružnice g uložené rovnoběžně s osou jt, kolmou na podélnou osu závaží g. Druhý konec středící pružnice 2 ve tvaru pouzdra je otočně uložen v nosiči 6. Přitom horní konec tlačné pružiny 4 je opřen o víko 11 shora uzavírající vnitřní prostor válcového pouzdra 1. Toto pouzdro J. má vnitřní prostor rozdělen přepážkou 10 na horní, silový prostor 100 a spodní tlakový prostor 200.

Ve středu přepážky 10 je vytvořen otvor 101. který spojuje silový prostor 100 s tlakovým prostorem 200. víko 11 je po obvodu opatřeno závitem, který umožňuje přestavení jeho polohy v pouzdře J. a tím i seřízení předpětí tlačné pružiny 4. Dále je víko 11 opatřeno osovým otvorem 300 pro vodicí trn 32 závaží 2 a odpadními otvory 301 pro odtok přebytečné pracovní kapaliny. Tlakový prostor 200 je opatřen vstupním otvorem 201 pro přívod pracovní kapaliny. Spodní část pouzdra J. je opatřena závitovými otvory pro upevňovací šrouby 70. Pracovní kapalina konstantního množství vstupuje otvorem 201 do tlakového prostoru 200. pak prochází otvorem 101 a mezerou a mezi obvodovou hranou kuželky 30 a přepážkou 10 do silového prostoru 100, odkud vytéká odpadními otvory 301 ve víku 11 do volného prostoru.

Celý mechanicko-hydraulický snímač otáček je unášen rotujícím hřídelem 2 turbiny. Vlivem toho, že těžiště T závaží 2 je uloženo vzhledem k ose otáčení s excentricitou £, vzniká odstředivé síla, působící proti předepnuté tlačné pružině 4· Vzniklý rozdíl sil mezi předpětím tlačné pružiny 4 a odstředivou silou závaží 2 působí na kuželku 30. která škrtí průtok kapaliny v mezeře & a tím vytváří v tlakovém prostoru 200 tlakový signál. Tímto způsobem je zajištěno, že výstupní tlakový signál klesá kvadraticky s rostoucími otáčkami hřídele 2 turbiny. Silové poměry v mechanicko-hydraulickém snímači otáček jsou zřejmé z obr. 2. Sila Pjq na kuželku 22., způsobená tlakem pracovní kapaliny v tlakovém prostoru 200 spolu s odstředivou silou Ρθ^ závaží 2 je v rovnováze s opačnou konstantní silou tlačné pružiny 4.

Zatížení kuželky 30 je tedy výsledkem rozdílu konstantní síly tlačné pružiny 4 a s otáčkami kvadraticky rostoucí odstředivé síly -03 ’ tj. síly, dané hmotou závaží 2, jeho excentricitou £ a druhou mocninou otáček n. Výsledkem těchto silových poměrů je potom tlakový signál v tlakovém prostoru 200. parabolicky klesající s rostoucími otáčkami A, který je úmorný síle P-j₀ na kuželku 2·

Na obr. 3 jsou zobrazeny silové poměry v mechanicko-hydraulickém snímači otáček, tentokrát v závislosti na poloze závaží 2, určené stlačením y tlačné pružiny 4 při konstantních otáčkách n. Odstředivá síla Pqj závaží 2 d^e při daných otáčkách přímo úměrná jeho excentricitě £, a je tedy v diagramu zobrazena přímkou £. Síla Ρθ^ tlačné pružiny 4 je přímo úměrná stlačení y a zobrazuje se tedy jako přímka £. Rozdíl mezi těmito dvěma silami Ρθ^, £04, daný vzdáleností přímek a, b je síla £30 ’ působící na kuželku 30 a vytvářející výstupní tlakový signál. Vhodnou volbou tuhosti tlačné pružiny 4, hmoty a excentricity a závaží 2 lze pro zvolené pracovní otáčky n dosáhnout toho, aby obě zobrazené přímky a, £ byly rovnoběžné. Neprotéké-li snímačem žádná pracovní kapalina, je poloha těžiště T závaží 2 určena základní excentricitou a₀ a stlačení tlačné pružiny 4 základním stlačením y_Q.

Za provozu snímače protéká nenulovou mezerou z pod kuželkou 30 pracovní kapalina, takže základní excentricita £₀ i základní stlačení y_Q se zvětší o hodnotu ale v důsledku rovnoběžnosti obou přímek a, b se velikost síly Pjq, působící na kuželku 30. nezmění. To znamená, že síla P^o na kuželku není závislá na zdvihu kuželky 22, daném velikostí mezery a· 2 toho plyne, že změna množství přiváděné kapaliny, vyvolaná změnami tlaku ve zdroji tlakové kapaliny, způsobí sice změnu zdvihu kuželky 22, ale neovlivní rozdílovou sílu Pjq , působící na tuto kuželku 22· W® s® nezmění ani tlak pracovní kapaliny v tlakovém prostoru 200. představující výstupní tlakový signál.

Další vlastností takto vytvořeného mechanicko-hydraulického snímače otáček hřídelů rychloběžných strojů, která vyplývá z diagramu na obr. 3 je to, že vychýlením závaží 2 z rovnovážné polohy nevzniká žádná změna vratné síly dynamického systému, daného tlačnou pružinou 4 a závažím 2 · Tím j® vlastní frekvence kmitání takového systému nutně nulová, takže nemohou být splněny podmínky pro vznik samobuzeného kmitání a výstupní tlakový signál není znehodnocován tlakovými poruchami.

Claims (2)

1. Mechanicko-hydraulický snímač otáček hřídelů rychloběžných strojů, vyznačený tím, že jeho pouzdro (1) je rozděleno přepážkou (10) na silový prostor (100) a tlakový prostor (200) se vstupním otvorem (201), přičemž oba tyto prostory (100, 200) jsou vzájemně spojeny otvorem (101) vytvořeným v přepážce (10), a nad tímto otvorem (101) je v silovém prostoru (100) umístěna kuželka (30), do níž zasahuje závaží (3), o které se opírá jedním koncem tlačná pružina (4), opačným koncem opřená o víko (11) umístěné na horním konci pouzdra (i) a že závaží (3) je vloženo do mezikruží středicí pružnice (5), jejíž druhý konec je otočně uložen v nosiči (6), pevně spojeném se hřídelem (7) rychloběžného stroje.

2. Mechanicko-hydraulický snímač otáček podle bodu 1, vyznačené tím, že závaží (3) má tšŽiětě (T) uMÍstěno excentricky vzhledem k ose rotace hřídele (7).