RU2126096C1

RU2126096C1 - Centrifugal switch

Info

Publication number: RU2126096C1
Application number: RU96110706/06A
Authority: RU
Inventors: А.М. Афанасьев; Г.М. Байков; вин Л.А. Кл; Л.А. Клявин; А.И. Череповицын; П.А. Юдин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод"
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1999-02-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; overspeed protection of hydraulic turbines. SUBSTANCE: switch has two bracket-mounted engageable rotary members carrying main and auxiliary inertia weights and opposing flexible members, as well as actuating mechanism for turning on protective system. Second rotary member is mounted relative to first one for engaging the latter and locking it in position until rotor speed is brought to preset value required for switch operation. This value is used as basis for selecting ratio between force of auxiliary inertia weight and that of opposing flexible member. This ratio determines angle of turn of second rotary member up to its disengagement with first rotary member. EFFECT: improved operating reliability of switch. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидротурбин, а его объектом является центробежный выключатель, используемый в системах защиты гидротурбин от разгона. The invention relates to the field of hydraulic turbines, and its object is a centrifugal switch used in systems for protecting hydraulic turbines from acceleration.

Для обеспечения надежности срабатывания систем защиты гидротурбин от разгона большинство из них выполнено с центробежным выключателем, инерционный груз которого связан непосредственно с валом гидротурбины без использования промежуточных передач вращения. При этом исполнительный механизм, включаемый инерционным грузом, располагается на статорной части гидротурбины, и груз способен воздействовать на него только в одном из своих угловых положений. Вместе с тем инерционный груз находится под воздействием упругого элемента, задающего усилие срабатывания центробежного выключателя. Все это приводит к тому, что действие инерционного груза имеет аналоговый характер, т.к. его отклонение прямо пропорционально изменению частоты вращения, что обуславливает пониженную четкость срабатывания. To ensure the reliability of operation of the systems for protecting the turbine against acceleration, most of them are made with a centrifugal switch, the inertial load of which is connected directly to the turbine shaft without the use of intermediate rotation gears. In this case, the actuator included by the inertial load is located on the stator part of the turbine, and the load is able to act on it only in one of its angular positions. At the same time, the inertial load is under the influence of an elastic element that sets the response force of the centrifugal switch. All this leads to the fact that the action of the inertial load has an analog character, because its deviation is directly proportional to the change in speed, which leads to a reduced clarity of response.

Известны разработки, направленные на такое выполнение центробежного выключателя, при котором действие инерционного груза имело бы дискретный характер. Однако в таких известных разработках не была решена проблема возвращения груза в исходное положение после устранения неисправности в гидротурбине, а это, в связи с неопределенностью углового местонахождения инерционного груза в момент остановки гидротурбины, требовало трудоемкого демонтажного процесса для доступа к грузу. Поэтому известные разработки подобного типа не получили широкого применения. There are known developments aimed at such a design of a centrifugal switch, in which the inertial load would have a discrete character. However, in such well-known developments, the problem of returning the cargo to its original position after eliminating the malfunction in the hydraulic turbine was not solved, and this, due to the uncertainty of the angular location of the inertial cargo at the moment the hydraulic turbine stopped, required a laborious dismantling process to access the cargo. Therefore, well-known developments of this type are not widely used.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является центробежный выключатель, содержащий кронштейн, предназначенный для закрепления на роторе, расположенные на нем инерционный груз и противодействующий ему упругий элемент, и управляемый грузом исполнительный механизм включения системы защиты, предназначенный для установки на статорной части (Щеголев Г.С., Гаркава Ю.Е. , Гидротурбины и их регулирование, М-Л., 1957, с. 330, фиг. 86). The closest analogue of the present invention is a centrifugal switch containing a bracket designed to be mounted on the rotor, an inertial load located thereon and an elastic element opposing it, and a load-controlled actuator for activating the protection system designed for installation on the stator part (G. Schegolev, Garkava Yu.E., Hydroturbines and their regulation, M-L., 1957, p. 330, Fig. 86).

В таком центробежном выключателе, как и в описанных выше, четкость срабатывания недостаточно высока. При этом для повышения надежности срабатывания приходится в качестве исполнительного механизма использовать электроконтакты, а это, в свою очередь, также является недостатком, т.к. возможны аварийные ситуации с исчезновением электропитания в системе защиты. In such a centrifugal switch, as in the ones described above, the clarity of operation is not high enough. At the same time, to increase the reliability of operation, it is necessary to use electrical contacts as an actuator, and this, in turn, is also a drawback, because possible emergency situations with the loss of power in the protection system.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания центробежного выключателя, в котором инерционный груз срабатывал бы дискретно при увеличении скорости выше допустимой, обеспечивая высокую четкость работы выключателя, и, вместе с тем, чтобы этот груз при снижении скорости возвращался бы автоматически в исходное положение, не требуя вмешательства обслуживающего персонала. The basis of the present invention is the task of creating a centrifugal switch in which the inertial load would act discretely when the speed increases above the permissible, providing high clarity of the circuit breaker, and at the same time, this load would automatically return to its original position when the speed decreases, without requiring intervention by staff.

Эта задача решена в центробежном выключателе, содержащем кронштейн, предназначенный для закрепления на роторе, расположенные на нем инерционный груз и противодействующим ему упругий элемент и управляемый грузом исполнительный механизм включения системы защиты, предназначенный для установки на статорной части, который, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, снабжен первым и вторым поворотными элементами, вспомогательным инерционным грузом и противодействующим ему упругим элементом, основной инерционный груз закреплен на первом поворотном элементе, второй поворотный элемент со вспомогательным инерционным грузом и противодействующим ему упругим элементом также расположен на кронштейне, при этом второй поворотный элемент установлен относительно первого с возможностью взаимодействия с ним и фиксации его положения до достижения скорости вращения ротора заданного значения срабатывания выключателя, и по этому значению выбрано соотношение усилий вспомогательного инерционного груза и противодействующего ему упругого элемента, определяющих угол поворота второго поворотного элемента до расцепления его с первым поворотным элементом. This problem is solved in a centrifugal switch containing a bracket designed to be mounted on the rotor, an inertial load located on it and an elastic element counteracting it, and a load-controlled actuator for activating the protection system, designed to be installed on the stator part, which, in accordance with the essence of the present invention is equipped with the first and second rotary elements, an auxiliary inertial load and an elastic element counteracting it, the main inertial load is fixed on the first rotary element, the second rotary element with the auxiliary inertial load and the opposing elastic element is also located on the bracket, while the second rotary element is mounted relative to the first with the possibility of interaction with it and fixing its position until the rotor speed reaches the set value of the circuit breaker, and this value is selected the ratio of the forces of the auxiliary inertial load and the opposing elastic element, which determine the angle of rotation and a second pivoting member until it is disengaged from the first pivoting member.

В результате такого решения действие основного инерционного груза, управляющего исполнительным механизмом, носит дискретный, импульсный характер, т. к. оно возможно только после поворота второго поворотного элемента с вспомогательным инерционным грузом. Это позволяет обеспечить четкость срабатывания центробежного выключателя. Кроме того благодаря указанному характеру действия основного инерционного груза достигнута возможность использования механических и механогидравлических исполнительных механизмов, не зависящих от наличия электропитания в системе защиты. As a result of this decision, the action of the main inertial load controlling the actuator is discrete, impulsive, since it is possible only after turning the second rotary element with the auxiliary inertial load. This ensures clarity of operation of the centrifugal switch. In addition, due to the specified nature of the action of the main inertial load, the possibility of using mechanical and mechano-hydraulic actuators that are independent of the availability of power in the protection system has been achieved.

В выключателе согласно основному решению может быть обеспечено автоматическое возвращение основного инерционного груза в исходное положение без вмешательства операционного персонала. Это, в частности, может быть выполнено за счет определенного подбора масс инерционных грузов, жесткости упругих элементов и т.п. Однако наиболее целесообразно, чтобы оба поворотных элемента были выполнены с ограничителями их максимального угла поворота и с возможностью взаимодействия своими концами, располагающимися в одной плоскости. При этом конец первого поворотного элемента с основным инерционным грузом выполнен с выступом, а конец второго поворотного элемента в исходном положении расположен с упором в упомянутый выступ. Торцевая поверхность первого поворотного элемента с основным инерционным грузом может быть выполнена длиной, перекрывающей, по меньшей мере, часть расположенной напротив торцевой поверхности второго поворотного элемента в момент срабатывания выключателя. При таком исполнении поворотный элемент со вспомогательным инерционным грузом сможет вернуться в исходное положение только после возвращения в это положение поворотного элемента с основным инерционным грузом. In the circuit breaker according to the main decision, the main inertial load can be automatically returned to its original position without the intervention of operating personnel. This, in particular, can be performed due to a certain selection of inertial masses, stiffness of elastic elements, etc. However, it is most advisable that both rotary elements are made with limiters of their maximum rotation angle and with the possibility of interaction with their ends located in the same plane. In this case, the end of the first rotary element with the main inertial load is made with a protrusion, and the end of the second rotary element in the initial position is placed with a stop in the said protrusion. The end surface of the first rotary element with the main inertial load can be made in length, overlapping at least a portion of the opposite opposite end surface of the second rotary element at the moment of operation of the switch. With this design, the rotary element with the auxiliary inertial load can return to its original position only after the rotary element with the main inertial load returns to this position.

Для обеспечения более плавной работы механизмов, установленных на кронштейне и выполненных в соответствии с предыдущим решением, предпочтительно, чтобы взаиморасположение обоих поворотных элементов с учетом их длин было бы выбрано таким, что взаимодействие этих элементов при срабатывании осуществлялось контактированием торцевыми поверхностями их концов. To ensure a smoother operation of the mechanisms mounted on the bracket and made in accordance with the previous solution, it is preferable that the relative position of both rotary elements, taking into account their lengths, be chosen so that the interaction of these elements when triggered is carried out by contacting the end surfaces of their ends.

При этом для уменьшения трения целесообразно, чтобы конец второго поворотного элемента со вспомогательным инерционным грузом был бы выполнен в виде подшипника. Moreover, to reduce friction, it is advisable that the end of the second rotary element with auxiliary inertial load be made in the form of a bearing.

Сущность настоящего изобретения будет более понятна из подробного описания следующего далее примера его реализации, изображенного на прилагаемом чертеже, показывающем центробежный выключатель системы защиты гидротурбины от разгона. The essence of the present invention will be better understood from the detailed description of the following example of its implementation, shown in the accompanying drawing, showing a centrifugal switch of the system for protecting the turbine against acceleration.

Одна из частей центробежного выключателя, изображенного на чертеже, смонтирована на кронштейне 1, закрепленном на роторе 2 гидротурбины. Эта часть включает первый поворотный элемент 3 с основным инерционным грузом 4, управляющим исполнительным механизмом включения системы защиты (описан ниже), и второй поворотный элемент 5 со вспомогательным инерционным грузом 6. One of the parts of the centrifugal switch shown in the drawing is mounted on an arm 1 mounted on a rotor 2 of a turbine. This part includes a first rotary element 3 with a main inertial load 4, a control actuator for activating the protection system (described below), and a second rotary element 5 with an auxiliary inertial load 6.

Поворотный элемент 3 связан пружиной растяжения 7 с кронштейном 1, и в нем выполнено окно 8, в которое входит стержень 9, закрепленный на кронштейне 1 и служащий для ограничения угла поворота элемента 3. Поворотный элемент 5 также связан пружиной растяжения 10 с кронштейном 1, и на нем имеются опорные площадки для упора в них винтовых стержней 11 и 12, ограничивающих углы поворота элемента 5. При этом соотношение усилий вспомогательного инерционного груза 6 и противодействующей ему пружины 10 выбрано таким, чтобы обеспечить поворот элемента 5 на угол, при котором он освобождает центробежное усилие элемента 3. The rotary element 3 is connected by a tension spring 7 to the bracket 1, and a window 8 is made in it, into which the rod 9 is mounted on the bracket 1 and serves to limit the angle of rotation of the element 3. The rotary element 5 is also connected by a tension spring 10 to the bracket 1, and it has support pads for stopping screw rods 11 and 12 in them, limiting the rotation angles of element 5. The ratio of the forces of the auxiliary inertial load 6 and the spring 10 counteracting it is selected so as to ensure that the element 5 is rotated by an angle, in which he releases the centrifugal force of the element 3.

Поворотные элементы 3 и 5 взаимодействуют друг с другом своими концами, которые расположены в одной плоскости. При этом конец элемента 3 выполнен с выступом 13, а на конце элемента 5 установлен подшипник 14. Длина торцевой скругленной поверхности 15 элемента 3 выполнена такой, чтобы при срабатывании центробежного выключателя подшипник 14 не выходил из контакта с торцевой поверхностью 15 элемента 3, как это видно из чертежа по конечному положению описанных механизмов, показанному пунктирными линиями. The pivoting elements 3 and 5 interact with each other at their ends, which are located in the same plane. At the same time, the end of the element 3 is made with a protrusion 13, and the bearing 14 is installed at the end of the element 5. The length of the end rounded surface 15 of the element 3 is made so that when the centrifugal switch trips, the bearing 14 does not come out of contact with the end surface 15 of the element 3, as is seen from the drawing according to the end position of the described mechanisms shown by dashed lines.

На стационарной части гидротурбины расположен упомянутый выше механизм включения системы защиты, включающий управляющий золотник 16 и взаимодействующий с ним подпружиненный двуплечий рычаг 17, конец 18 которого направлен в сторону ротора 2 гидротурбины. On the stationary part of the hydraulic turbine is the aforementioned mechanism for activating the protection system, including a control valve 16 and a spring-loaded two-arm lever 17 interacting with it, the end of which 18 is directed towards the rotor 2 of the hydraulic turbine.

Работа описанного центробежного выключателя происходит следующим образом. The operation of the described centrifugal switch is as follows.

При рабочей частоте вращения ротора 2 гидротурбины положение механизмов центробежного выключателя соответствует тому, как это изображено на чертеже сплошными линиями. Поворотные элементы 3 и 5 находятся в исходном положении, и при этом конец элемента 5 подшипника 14 упирается в опорную площадку выступа 13 элемента 3, препятствуя его повороту. Даже при повышенной частоте вращения ротора 2, когда усилие инерционного груза 6 преодолевает противодействующее ему усилие пружины 10, поворачивая элемент 5 на некоторый угол, угловое положение элемента 3 остается неизменным. В этот период нормальной эксплуатации двуплечий рычаг 17 удерживает золотник 16 в положении, при котором он перекрывает гидравлическую связь между системой защиты и маслонапорной установкой. At the operating frequency of rotation of the rotor 2 of the turbine, the position of the mechanisms of the centrifugal switch corresponds to that shown in solid lines in the drawing. The rotary elements 3 and 5 are in the initial position, and the end of the element 5 of the bearing 14 abuts against the supporting platform of the protrusion 13 of the element 3, preventing its rotation. Even at an increased rotational speed of the rotor 2, when the force of the inertial load 6 overcomes the opposing force of the spring 10, turning the element 5 by a certain angle, the angular position of the element 3 remains unchanged. During this period of normal operation, the two-arm lever 17 holds the spool 16 in a position in which it blocks the hydraulic connection between the protection system and the oil pressure system.

Если частота вращения ротора превысит допустимое заданное значение, поворотный элемент 5 повернется на такой угол, при котором подшипник 14 конца этого элемента сойдет с опорной площадки выступа 13 поворотного элемента 3, и последний под действием центробежной силы инерционного груза 4 мгновенно развернется на угол, задаваемый ограничительным стержнем 9. Следует отметить, что угол поворота элемента 5 также будет ограничен стержнем 11, не позволяя нарушить контакт между подшипником 14 и торцевой поверхностью 15 выступа 13 поворотного элемента 3. If the rotor speed exceeds the permissible set value, the rotary element 5 will rotate at such an angle that the bearing 14 of the end of this element comes off the bearing pad of the protrusion 13 of the rotary element 3, and the latter under the action of centrifugal force of the inertial load 4 instantly rotates at an angle specified by the restrictive rod 9. It should be noted that the angle of rotation of the element 5 will also be limited by the rod 11, not allowing to break the contact between the bearing 14 and the end surface 15 of the protrusion 13 of the rotary element 3.

В одном из положений углов вращения ротора 2 поворотный элемент 3 надавливает на конец 18 рычага 17 и последний, поворачиваясь, освобождает золотник 15 от его воздействия. При этом золотник 16 переходит в положение, при котором система защиты подключается к маслонапорной установке. In one of the positions of the angles of rotation of the rotor 2, the rotary element 3 presses on the end 18 of the lever 17 and the latter, turning, releases the spool 15 from its impact. In this case, the slide valve 16 switches to the position in which the protection system is connected to the oil pressure unit.

При устранении неисправности и восстановлении нормальной частоты вращения ротора 2, поворотный элемент 3 под действием пружины 7, преодолевающей центробежную систему инерционного груза 4, возвращается в свое нормальное положение, а за этим происходит и поворот элемента 5 до упора его подшипником 14 в опорную площадку выступа 13 поворотного элемента 3. Восстановление исходного положения золотника 16 и фиксация этого его положения с помощью двуплечего рычага 17 осуществляется обслуживающим персоналом. When troubleshooting and restoring the normal rotational speed of the rotor 2, the rotary element 3 under the action of the spring 7, overcoming the centrifugal system of inertial load 4, returns to its normal position, and then the element 5 is rotated until it stops with its bearing 14 in the support area of the protrusion 13 rotary element 3. The restoration of the initial position of the spool 16 and fixing this position using a two shoulders lever 17 is carried out by maintenance personnel.

Как следует из изложенного, центробежный выключатель срабатывает при дискретном, импульсном действии основного инерционного груза, что позволяет обеспечить четкость функционирования выключателя. Вместе с тем восстановление нормального положения этого груза происходит автоматически, что очень важно, т.к. указанный груз и связанные с ним механизмы расположены на роторе и при остановке гидротурбины могут оказаться в любом из угловых положений, что обуславливает большую трудоемкость демонтажных операция для доступа к грузу. As follows from the foregoing, a centrifugal switch trips when a discrete, pulsed action of the main inertial load occurs, which ensures the clarity of the circuit breaker. However, the restoration of the normal position of this cargo occurs automatically, which is very important, because the specified cargo and associated mechanisms are located on the rotor and when the turbine stops, it can be in any of the angular positions, which makes the dismantling operation much more difficult to access the cargo.

Описанный пример реализации изобретения не является единственным возможным вариантом его использования. Вместо пружин могут быть использованы упругие пластины, возможно иное исполнение ограничителей поворота поворотных элементов и конструктивного выполнения узла их взаимодействия, а также и применение другого исполнительного механизма и пр., что с очевидностью входит в объем заявленных патентных притязаний. The described example implementation of the invention is not the only possible option for its use. Instead of springs, elastic plates can be used, another version of the rotation limiters of the rotary elements and the constructive implementation of the node for their interaction, as well as the use of another actuator, etc., which is clearly included in the scope of the claimed patent claims, may be used.

Claims

1. A centrifugal switch comprising a bracket for securing to the rotor, an inertial load and an elastic element opposing it, and a load-controlled actuator for activating the protection system, designed to be mounted on the stator, characterized in that it is provided with a first and second rotary elements, an auxiliary inertial load and an opposing elastic element, the main inertial load is fixed to the first rotary element, the second rotary element nt with an auxiliary inertial load and an opposing elastic element is also located on the bracket, while the second rotary element is mounted relative to the first with the possibility of interacting with it and fixing its position until the rotor rotation speed reaches the set value for the circuit breaker to operate, and the ratio of auxiliary forces is selected from this value inertial load and the elastic element opposing it, determining the angle of rotation of the second rotary element until it is uncoupled from The first rotary element.

2. The switch according to claim 1, characterized in that both rotary elements are made with limiters of their maximum angle of rotation and with the possibility of interaction with their ends located in the same plane, while the end of the first rotary element with the main inertial load is made with a protrusion, and the end the second rotary element in the initial position is located with emphasis in the said protrusion.

3. The switch according to claim 2, characterized in that the end surface of the first rotary element with the main inertial load is made in length that overlaps at least part of the opposite opposite end surface of the second rotary element at the moment the switch operates.

4. The switch according to claim 3, characterized in that the relative position of both rotary elements, taking into account their lengths, is selected such that the interaction of these elements when triggered is carried out by contacting the end surfaces of their ends.

5. The switch according to claim 4, characterized in that the end of the second rotary element with auxiliary inertial load is made in the form of a bearing.