Главные сервомоторы. Назначение и разновидности

Главные СМ – гидравлические устройства, преобразующие изменение давления жидкости в перемещение исполнительного органа системы регулирования.

Главный СМ должен быть рассчитан на преодоление внешнего усилия при открытии клапанов с учётом возможных сил трения в клапане и механизме передачи движения. Поэтому фактическое усилие с учётом коэффициента передачи должно превосходить в 2 – 2,5 раза максимального усилия на клапане.

Регулирующий клапан всегда закрывается действием механической пружины. Помогает закрытию усилие пара или газа. Поэтому нет необходимости в больших усилиях СМ на закрытие, но нужно обеспечить большое быстродействие (0,25 – 0,35 с.). Открытие регулирующих клапанов всегда осуществляется СМ за счёт подвода давления рабочей жидкости. Быстродействие СМ на открытие может быть в 5 раз меньше, чем на закрытие (время полного открытия 1 – 1,5 с.).

Рис.27. Разновидности главных сервомоторов

Применяемые в настоящее время разновидности главных серво­моторов показана на рис.27. На рис.27,а показан двусторонний сервомотор с одинаковыми площадями (S₁ = S₂) при движении на открытие и закрытие сервомотора. Этот сервомотор имеет наименьшие габаритные разме­ры, не нуждается в механической пружине при движении на закрытие, может иметь примерно одинаковое быстродействие при дви­жении вверх и вниз и развивает одинаковое усилие в обе сторо­ны. Перечисленные признаки отнесены к его положительным качествам. Однако недостаток этого сервомотора заключается в его малой экономичности: необходим слишком большой расход мас­ла, особенно на закрытие (при большей скорости движения порш­ня), когда от сервомотора не требуется больших усилий, но нуж­ны значительная мощность главного масляного насоса, увеличение диаметра трубопроводов на подводе и сливе существенно ус­ложняет конструкцию всей системы регулирования.

По этой причине такой СМ используется там, где можно с помощью ограничений в отсечном золотнике уменьшить количество масла, подводимое к СМ, ограничить его быстродействие без ущерба для качества работы СР, а также там, где требуется большое, примерно одинаковое, усилие СМ при его перемещении в обе стороны.

Стремление уменьшить требуемый расход масла на перемещение СМ привело к созданию конструкции с диф. поршнем. В таком СМ диаметр штока сильно увеличен так, что S₁<S₂ в 2,5 раза. Соответственно в 2,5 раза по сравнению с первой конструкцией уменьшается необходимый расход масла. Таким образом, этот СМ обеспечивает значительную экономию масла, позволяет уменьшить мощность ГМН, диаметры подводимых к СМ трубопроводов, за счёт чего упрощается конструкция СМ. Габариты этого СМ несколько возрастают (в теплофикационных турбинах УТМЗ).

На рис. 27в изображён односторонний СМ с мех. пружиной, действующей на его закрытие. В этом случае СМ потребляет масло только во время открытия. Движение вниз осуществляется за счёт усилия пружины. Габариты его, за счёт применения пружины значительно больше, а конструкция несколько сложнее. Применение этой конструкции обеспечивает дальнейшее сокращение диаметров трубопроводов.

На рис. 27г показан СМ с выдвигающимся телескопическим поршнем. Перемещающийся поршень состоит из двух частей: внешний поршень 1 большого диаметра D₁ имеет очень небольшой ход H, в связи с чем при своём перемещении вверх быстро встаёт на верхний упор. В первый момент оба поршня перемещаются вместе. При этом создаётся большое усилие, необходимое для отрыва регулирующего клапана от седла. В дальнейшем усилие быстро уменьшается и регулирующий клапан открывается только за счёт перемещения внутреннего поршня 2, имеющего меньший диаметр D₂. Такой СМ потребляет масло примерно в два раза меньше, чем односторонний СМ, что позволяет ещё уменьшить мощность ГМН и увеличить экономичность СР. Закрытие СМ в этой конструкции также осуществляется механической пружиной.

Промежуточные сервомоторы. Назначение и требования. Сравнение принципиальных схем (ПСМ с МП и ГП: достоинства и недостатки).

Рис. 1. ПСМ с механической пружиной

Промежуточный сервомотор представляет собой точное регулирующее устройство, которое воспринимает изменение регулирующего импульса гидравлической линии связи и преобразует в перемещение связанного с ним золотника. ПСМ систем регулирования турбин имеют поступательно пере­мещающийся поршень и используют механическую или гидравличес­кую пружину. Основным требованием, предъявляемым к ПСМ, является высокая точность слежения за регулирующим импульсом. Это требование выполняется, если сервомотор имеет:

1. достаточную жесткость, т.е. при постоянном сигнале регулирования его смещение при изменении внешней силы не превышает заданной точности;

2. большое быстродействие;

3. минимальную нечувствительность к изменению сигнала ре­гулирования (не более 0,05%);

4. минимальную пульсацию поршня;

5. высокую стабильность своих качеств в процессе длитель­ной эксплуатации.

Схема одностороннего пружинного сервомотора показана на рис.1. Рабочая жидкость переменным давлением рх (регу­лирующий импульс) воздействует сверху на поршень 5, который нагружен с другой стороны введшим усиление R (силы от золотника 8 и рычагов 7) и силой kx механической пружины.

Жёсткостью СМ называют величину силы, вызывающую смещение его поршня на единицу перемещения. Жёсткость СМ с механической пружиной определяется жёсткостью его пружины.

Рис. 2. ПСМ с гидравлической пружиной

Схема на рис.2 имеет одну проточную ли­шию, состоящую из дрос­селя постоянного сече­ния f₀, установленного на подводе, и двух слив­ных сечений: сечения f_X1, которое управляет порш­нем, и сечения f_X2, используемого для самовыключения (сечение обратной связи). Эта схе­ма довольно совершен­ная, так как в ней от­сутствует механическая пружина, действие которой заменяет конус самовыключения, и имеется только одна про­точная линия, а также полностью выполнено требование линейности, поскольку над поршнем в статике поддерживается постоянное давление Р_Х = Р₀∙0,5.

Схема допускает получение большого усиления по перемещению, так как при небольшом ходе регулятора (сечение f_X1) можно полу­чить большое перемещение поршня за счет изменения угла ко­нуса 6 самовыключения. Схема имеет постоянный расход рабочей жидкости