книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

Вместе с тем некоторые исследования показывают, что при исполь­ зовании золотников с окном прямоугольной формы в регуляторах дизелей могут иметь место автоколебания с частотой 50—80 гц, а переход к круглым окнам позволяет ликвидировать эти коле­ бания.

Для передвижения золотников необходимо затратить усилие, которое распределяется на преодоление сил инерции, трения и реакции струи жидкости. В большинстве случаев силы инерции не­ велики, так как золотники регуляторов непрямого действия отно­ сительно небольших размеров.

Силы сухого трения вызваны тем, что поверхность буртиков соприкасается с поверхностью гильзы. Эти силы обусловливают нечувствительность и могут привести к автоколебаниям.

Силы сухого трения уменьшаются:

—вращением плунжера вокруг своей оси или вращением гильзы вокруг плунжера;

—осцилляцией, т. е. вынужденным колебанием плунжера с ма­ лой амплитудой (около 0,1 мм) и высокой частотой (80—100 гц).

Это позволяет обеспечить в золотнике жидкостное трение.

Рассмотрим вывод формулы для определения величины жид­ костного трения, полагая, что золотник присоединен к измерителю скорости центробежного типа с пружиной постоянного сечения.

Для этого случая уравнение измерителя скорости примет вид

измерителя скорости регулятора непрямого действия, а ц является относительным перемещением золотника. Постоянная времени Тк равна сумме постоянных времени, обусловленных трением в изме­ рителе Тк и золотнике Tk . В некоторых случаях величиной Тк

можно пренебречь. Определим величину Тк .

Согласно гидродинамической теории смазки распределение сил трения т в зазоре между двумя концентрично расположенными цилиндрическими поверхностями (золотника и втулки) опреде­ ляется выражением

g1 к

1п«7

где v — кинематическая вязкость жидкости, м2/сек; и — скорость золотника, м/сек;

г-— текущее значение радиуса (R\<r<R), м; Ri — радиус поверхности золотника, м;

R — радиус поверхности втулки, м.

90

Учитывая, что и = ~^. [см. формулу (3.3)], получим коэффициент

Вязкость масла v зависит от его температуры, и поэтому вели­ чины /г3 и Т,{ изменяются с изменением температуры масла.

Рис. 3.45, Схема действия осевой неуравновешенной силы

Силы реакции струи жидкости воздействуют на золотник. В не­ которых случаях величина этих сил может быть соизмерима с ве­ личиной инерционных сил и сил трения. На рис. 3.45 стрелкой 5 показано направление потока вытекающей через окно жидкости, а стрелкой Sp реактивная сила жидкости; реактивную силу мож­ но разложить на две составляющие: горизонтальную Sr и верти­ кальную SB. Как видно из рисунка, осевая неуравновешенная сила действует на буртик золотника таким образом, чтобы закрыть окно гильзы.

В настоящее время отсутствуют исчерпывающие данные о ха­ рактере действия осевой неуравновешенной силы при неустановившемся потоке жидкости. Приближенная формула для величины этой силы 5Г при установившемся потоке и малых открытиях щели х имеет вид [22]

где Ар — перепад давления на рабочих кромках золотника, кгс/м2, I — длина щели по дуге окружности, м;

х — величина открытия щели, м.

91

потока активными частицами жидкости. С течением времени паслоение поляризованных молекул жидкости на материал канала приводит к существенному уменьшению проходных сечений. В свя­ зи с этим возрастают силы, необ­

теля.

Достигается это следующим образом. Струйная трубка укреп­ лена на шарнире 0, относительно которого она может поворачи­ ваться влево и вправо на небольшой угол. Поворот происходит от действия чувствительного элемента и пружины 9.

92

По струйной трубке, внутренний диаметр которой 5—6 мм, а длина 150—170 мм, подается жидкость давлением 6— 8 кгс/см2. Жидкость, в виде конусообразной струи, поступает через насадку во входные окна сопел 5, которые расширяются по мере удаления от входных сечений. Расстояние между трубкой и соплами 7—10 мм, а между окнами сопел 0,2—0,5 мм..

Струя попадает в оба сопла. Ее кинетическая энергия превра­ щается в потенциальную энергию давления жидкости, находящейся с обеих сторон сервопоршня. При нейтральном положении трубки струя распределяется поровну между соплами. Давление в обеих полостях сервопоршня становится одинаковым. Поэтому сервопор­ шень не движется.

Если под воздействием чувствительного элемента струйная трубка передвинется влево, то большая часть кинетической энергии струи придется на левое сопло, давление в левой полости р\ ста­ нет больше, чем в правой р%. Перепад давления р = р\—р2 вызовет перемещение сервопоршия вправо до* тех пор, пока струйная трубка не займет нейтрального положения.

Кроме перечисленных элементов на схеме рис. 3.47 показаны: ограничители 4, регулировочный винт 8, с помощью которого уста­ навливается среднее значение регулируемой величины; цилиндри­ ческий колпачок 6, устраняющий' подсос воздуха в гидросистему; промежуточный рычаг 7 и корректор 10 для изменения коэффи­ циента передачи. Одному и тому же приращению силы, действую­ щей со стороны чувствительного элемента на струйную трубку, будет соответствовать различный угол ее поворота в зависимости

Дроссельный усилитель (усилитель сопло-заслонка). Принци­ пиальная схема дроссельного усилителя (или усилителя соплозаслонка) дана на рис. 3.48. Усилитель состоит из дросселя 1, междроссельной камеры 2, сопла 3 и заслонки 4. Рабочая жидкость или газ подается от источника питания через дроссель 1 с постоян­ ным сечением в междроссельную камеру и оттуда — к исполни­ тельному механизму. Одновременно рабочая жидкость выходит из междроссельной камеры через сопло.

93

Давление в междросселыюй камере и в исполнительном меха­ низме pi зависит от зазора б между соплом и заслонкой, которые образуют дроссель переменного сечения. При изменении положе­ ния заслонки вследствие воздействия управляющего элемента из­

стигают 104.

I ндравлпческпе и пневматические усилители сопло-заслонка нашли широкое применение в паросиловых установках. Их до­ стоинство состоит в относительной простоте устройства, малом весе и высокой надежности. Недостаток усилителя сопло-заслон­ ка в неполном использовании мощности потока рабочей жидкости.

Многокаскадные гидравлические усилители. В ряде случаев может оказаться, что для осуществления процесса управления мощности одного усилителя недостаточно. Поэтому иногда при­ меняют несколько каскадов усиления. На рис. 3.49 показана схема двухкаскадного усилителя со струйной трубкой и золотником.

В качестве первого каскада используется усилитель со струй­ ной трубкой 1, которая приводится в движение от чувствительного или управляющего элемента и в свою очередь управляет положе­ нием плунжера золотника 2. Золотниковый усилитель является вторым каскадом. Плунжер золотника следит за положением струйной трубки. Если насадка струйной трубки находится в центре— между соплами' плунжера, — движение последнего пре­ кращается.

При движении плунжера золотника открываются окна гильзы 3, через которые рабочая жидкость поступает в одну полость испол­ нительного механизма, а из другой полости ома идет на слив.

Коэффициент усиления мощности всего усилителя достигает 108. Кроме рассмотренных конструкций двухкаскадных усилителей существуют усилители с втулкой и золотником и усилители с одной

или двумя соплами-заслонками и золотником.

94

Магнитные усилители

Устройство и принцип действия. Магнитные усилители (МУ) широко применяются в системах регулирования напряжения гене­ раторов, управления двигателями постоянного и переменного тока и т. п. и используются в основном, как усилители мощности электрических сигналов.

На рис. 3.50 представлена принципиальная схема МУ с двумя обмотками: постоянного тока (обмотка управления) с числом вит­ ков wy и переменного (вы­

ходная обмотка) с числом витков тащ. Входной вели­ чиной МУ является ток в обмотке управления / у, вы­ ходной — падение напря­ жения U„ на сопротивле­ ние нагрузки:

Ун = I~Ra, '

Принцип действия магнитных усилителей основан на зависи­ мости индуктивности дросселей с сердечниками из ферромагнит­ ныхсплавов от подмагничивающего постоянного поля. При изме­ нении тока в цепи управления меняется магнитная проницаемость железа р. Это вызывает изменение индуктивности обмотки L цепи переменного тока:

С увеличением тока управления /у увеличивается насыщение, поэтому уменьшаются р и L. Это приводит к увеличению тока /~ в цепи переменного тока, который определяется по формуле

/ ( Я + Я„)» + («о1 )а '

Так как активное сопротивление цепи R переменного тока и на­ грузки R„ обычно невелики по сравнению с ©L, где-со — круговая частота тока, то с уменьшением L величина /~ и падение напря­

95

та его изменения должна быть в 5—10 раз меньше, чем частота изменения переменного тока. В противном случае в передачу сигна­ лов будут вноситься искажения.

Недостатком рассмотренной конструкции МУ является обрат­ ное воздействие переменного тока на ток в цепи управления. Для

Кроме того, магнитные усилители подразделяются па одно­ тактные и двухтактные. На рис. 3.52 представлена принципиальная схема трехстержневого одпотактного магнитного усилителя. В этом усилителе нагрузочные обмотки (переменного тока) намотаны согласно друг другу, поэтому магнитные потоки, создаваемые ими

среднем стержне помимо обмоток управления wyl и wy2 имеются обмотки подмагничивания w ai и w n2. Потоки обмоток подмагничивания, питающихся от выпрямителя В, направлены в среднем стержне одного из однотактных МУ согласно' направлению по­ тока обмотки управления, а у другого МУ — встречно. Благодаря этому зависимость I ~j (/у) одного из однотактных МУ (кри-

96

Рис. 3.53. Схема дифференциального МУ

обоих однотактных МУ соединены с сопротивлением нагрузки та­

форматоров включены в два противоположных плеча мостиковой схемы. Входной величиной МУ является ток в обмотке управления, а выходной — ток в диагонали моста.

Достоинство этого усилителя — отсутствие специального дрос­ селя Тр, который имеется в дифференциальной схеме.

Коэффициент усиления МУ. Магнитные усилители характери­ зуются коэффициентами усиления мощности /e;V, тока к, и напря­

жения k u, которые равны отношению приращений этих величин на

выходе и входе МУ. Рассмотрим аналитическое определение этих коэффициентов.

Для любого идеального трансформатора справедливо выра­ жение

где /~Ср> w~— ток (среднее значение) и число витков в цепи переменного тока;

/у, w y — ток и число витков в цепи постоянного тока (управления).

Для магнитного усилителя, как и для любого трансформатора, справедливо условие

где &ф— коэффициент формы кривой тока, являющийся перемен­ ным из-за действия тока управления и насыщения;

/_ — амплитудное значение переменного тока.

Подставляя (3.15) в (3.14) и переходя к приращениям, полу­ чаем

Магнитные усилители в схемах регулирования, как правило, применяются в' тех случаях, когда необходимо получить высокий коэффициент усиления. Для получения большого коэффициента усиления МУ используют:

1) материалы с высокой магнитной проницаемостью р. (пер малоид и др.);

98

2)конструкции МУ, рассчитанные на высокую рабочую часто­ ту, что приводит к увеличению kф в формулах (3.17);

3)положительные обратные связи.

Положительные обратные связи находят широкое распростра­ нение в МУ, основанных на введении подмагничивающего сигнала от тока нагрузки, действую­

веденной 'э. д. с., благодаря схеме включения обмоток управле­ ния, уничтожается. Этим обеспечивается уменьшение влияния переменного тока на ток в обмотке управления.

Выпрямительный полупроводниковый мост устроен таким обра­ зом, что на обмотку обратной связи w oc поступает выпрямленный

ток, величина которого зависит от тока управления. С увеличением /у растет и ток обратной связи /0;с. Направление магнитодвижу­

щих сил (м. д.с.) обмоток управления и обратной связи совпа­ дают. Поэтому с увеличением /у магнитная проницаемость умень­ шается не только за счет действия тока управления, но также и за счет увеличения тока /0с. Этим достигается повышение коэф­

фициента усиления МУ. .

В зависимости от того, каким образом намотана обмотка обратной связи, последняя может быть не только положительной, но и отрицательной. Рассмотрим, каким образом изменяется коэф­ фициент усиления МУ при наличии положительной обратной связи.

Используя уравнение м. д. с. обмоток