Регулятор прямого действия.

Рассмотрим схему прямого регулирования (рис. 44).

Рис. 44. Схема регулятора прямого действия.

Вал 1 центробежного маятника 4 приводится во вращательное движение электродвигателем 2, который электрически связан со специальным генератором, имеющим привод от вала гидротурбины. Таким образом, всякое изменение скорости вращения двигателя мгновенно приводит к соответствующему изменению скорости вращения вала маятника. При увеличении скорости вращения, что имеет место при недогрузке турбины, грузы маятником, под действием центробежных сил, расходятся и тем самым перемещают муфту Н маятника вверх, а при уменьшении скорости вращения, что имеет место при перегрузке турбины, грузы маятника сходятся под действием собственного веса и упругих сил пружины и тем самым перемещают муфту маятника вниз.

С муфтой маятника связан рычаг НZS, конец которого в точке S соединён с заслонкой 3, устанавливаемой на трубопроводе, подводящем воду в турбине. Между крайними точками рычага имеется шарнирная опора Z, вокруг которой рычаг может поворачиваться.

На рис. 44 изображено среднее положение маятника и связанных с ним элементов системы регулирования, соответствующее какой-то частичной нагрузке на турбину. При мгновенном уменьшении нагрузки скорости вращения турбины, а, стало быть, и маятника, возрастут, грузы маятника будут расходиться и перемещать муфту вверх. При этом заслонка будет опускаться вниз, уменьшая расход воды. Процесс регулирования прекратится тогда, когда выравняются нагрузки на агрегате и мощность турбины.

Новое положение рычага и заслонки, соответствующее концу процесса регулирования, на рис. 44 показано пунктиром. Очевидно, что скорость вращения при этом будет находиться выше начального положения, что возможно тогда, когда грузы разойдутся, т.е. скорость вращения при этом будет несколько выше начальной, так как здесь муфта маятника будет находиться выше начального положения, что возможно тогда, когда грузы разойдутся, т.е. при увеличении скорости вращения. Таким образом, чем выше положение муфты, тем выше скорость вращения и наоборот. При увеличении нагрузки весь процесс пойдёт в обратном порядке.

По рассмотренной схеме регулирования маятник выполняет две функции: реагирует на изменение скорости вращения двигателя и переставляет регулирующую заслонку.

Регуляторы прямого действия просты по конструкции, но обладают рядом существенных недостатков.

1. Они имеют относительно малую перестановочную силу, а поэтому пригодны только для регулирования расхода малых турбин. При этом необходимо обеспечить уравновешивание заслонки, иначе потребуется маятник очень больших размеров.

2. Получается значительное различие в скоростях вращения двигателя при различных нагрузках – с максимальным значением скорости при минимальной нагрузке и с минимальным её значением – при минимальной нагрузке.

Т.е. такие регуляторы имеют довольно высокую степень неравномерности регулирования.

Степенью неравномерности называется отношение разности числа оборотов при холостом ходе и при полной нагрузке агрегата к номинальному числу оборотов, т.е., если

,

то ,

где δ – степень неравномерности;

n_max - число оборотов агрегата при холостом ходе;

n_min - число оборотов агрегата при полной нагрузке;

n_н - номинальное число оборотов агрегата.

Степень неравномерности обычно выражается в процентах и в современных регуляторах гидроэнергетических установок находится в пределах 2 – 4 %. Тогда

.

3. Снижается КПД турбины, поскольку здесь регулирование расхода происходит посредством дросселирования, а это связано со значительными потерями напора при протекании воды в сечении, перекрываемом заслонкой.

Для перестановки регулирующих органов средних и крупных гидротурбин требуются весьма большие усилия. Здесь будет недостаточно энергии центробежного маятника или его пришлось бы изготавливать весьма крупных размеров. Вследствие этого для регулирования крупных, средних, а в настоящее время и малых турбин применяют регуляторы непрямого действия.