Расчет мембранно-ленточного регулятора скорости

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

кафедра «Турбины и двигатели»

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ МЕМБРАННО-ЛЕНТОЧНОГО

РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ

 

 

Курсовая работа

по дисциплине “Автоматическое регулирование энергоустановок”

 

 

 

 

 

 

         Преподаватель:                                                   В.Б. Новоселов

 

Студент:                                                                              Ю.С. Васечко

 

    Группа:                                                                       ЭНЗ - 501105  ГПУиД 5 курс

 

 

 

 

 

 

 

 

2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

                                                                                                                           стр.

Введение ………………………………………………………………………. 3

1. Цель расчета ………………………………………………………………...4

2. Описание конструкции мембранно-ленточного  регулятора и

     принципа его работы ……………………………………………………... 5

3.  Задание для расчетов ……………………………………………………... 7

4.  Порядок расчетов ……………………………………………………….… 7

Библиографический список ………………………………………………... 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Мембранно-ленточные регуляторы являются одним из наиболее распространенных видов регуляторов, применяемых в системах регулирования паровых турбин и газотурбинных установок. Такие регуляторы обладают высокими эксплуатационными качествами, так как они не требуют переналадки и подстройки при работе, имеют высокую стабильность характеристик и надежны в эксплуатации. Трущиеся элементы в этих регуляторах отсутствуют, а, следовательно, отсутствует износ и возникновение нечувствительности при длительной работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1.ЦЕЛЬ РАСЧЕТА

 

Целью расчета мембранно-ленточной системы по данной методике является определение рабочего хода регулятора при заданном начальном прогибе ленты, а также определение при этих условиях механических напряжений в мембране и ленте.

По результатам расчета строятся графики:

1. зависимость прогиба ленты от давления на мембрану при постоянном усилии на ленту от давления масла (рис.1);
2. удельная неравномерность при постоянном давлении масла в сопле регулятора (рис.2).

Кроме того, выполняются расчеты по определению величин напряжений в мембране и ленте при постоянном и переменном давлении в сопле. Эти расчеты производятся для максимальных значений прогибов ленты и мембраны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МЕМБРАННО-ЛЕНТОЧНОГО РЕГУЛЯТОРА И ПРИНЦИПА ЕГО РАБОТЫ

 

Принципиальное устройство мембранно-ленточного регулятора показано на рис.3. Он состоит из упругих металлических мембраны и ленты.

Мембрана представляет собой цельно точеный диск диаметром  D=180¸220 мм (разный в разных регуляторах) и толщиной  H=2,0¸2,5 мм. В центральной ступице этого диска жестко, с помощью болта закреплена лента. На второй конец ленты навинчен винт, который служит для изменения натяжения ленты.

Лента - это цельнометаллическая, фрезерованная пластина длиной L=280¸320 мм, шириной Bл=40 мм и толщиной  Hл=2,5 мм. Концы ленты специально обработаны с тем, чтобы их можно было закрепить в мембране и в специальном винте. Мембрана закрыта крышкой  и образуется замкнутая камера ’’А’’, в которую подается импульсное давление Р.

 

Схема мембранно-ленточной системы

Рис. 3.:

1-мембрана; 2-сопло; 3-натяжной винт

 

 

 

 

В средней части ленты с зазором ’’d’’ установлено сопло, которое обеспечивает подвод импульсного масла. Импульсное масло проточной линии системы регулирования ГТУ из камеры  ’’B’’ сопла через зазор ’’d’’ сливается в корпус регулятора и из него в корпус подшипника и далее в маслобак.

В регуляторе предусмотрены специальные устройства, с помощью которых можно изменить зазор между соплом и лентой с целью управления турбиной, а также первоначальной настройки регулятора. Первое устройство (задатчик скорости) представляет собой зубчатую и червячную передачи, с одной стороны связанные соплом, а с другой, приводимые в движение ручной передачей или электродвигателем. Второе устройство - специальный натяжной винт может перемещаться внутри фланца и за счет этого может изменяться продольное усилие в ленте. Все детали регулятора установлены в стальном литом корпусе.

Работа регулятора происходит следующим образом. При изменении давления в камере мембраны ’’А’’ изменяется продольное усилие, действующее на ленту, вследствие чего лента, которая находится за порогом продольной устойчивости, изменяет свой прогиб “ f ”, изменяется зазор “d”, изменяется расход масла из камеры “B” сопла. Изменение расхода или давления воспринимается следующим по цепочке звеном системы регулирования и таким образом регулирующий импульс передается через регулятор к исполнительному органу.

Качественная работа регулятора  предполагает, что изменение прогиба ленты при определенном изменении давления на мембрану значительно и приводит к необходимому перемещению регулирующего органа. Для этого, чтобы обеспечить нужное соотношение между изменением давления в камере ’’А’’ и изменением зазора “d”  (перемещением регулируемого органа), используют винт настройки, с помощью которого изменяют продольное усилие в ленте, а, следовательно, изменяется величина рабочего хода ленты при определенном изменении давления на мембрану.

В некоторых случаях (при определенных соотношениях размеров мембраны и ленты) возможно воздействие изменения температуры масла на прогиб ленты и зазор “d”. Это объясняется тем, что при изменении температуры масла лента и мембрана (главным образом лента) дополнительно прогибаются. Это явление, безусловно, отрицательно сказывается на работе регулятора, так как приводит к самопроизвольному изменению положения регулирующих клапанов и нагрузки турбины. Но при необходимости температурная нестабильность может быть учтена при расчете регулятора.

 

 

3.ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

 

Исходные данные для расчета

                                                                                                               

№ варианта	Диаметр мембраны, см	Толщина мембраны. См	Длина ленты, см	толщина ленты, см	Номинальный прогиб ленты, см
18	22	0,35	32	0,3	0,37

 

 

4. ПОРЯДОК  РАСЧЕТА

 

Задан диаметр мембраны   D =  0,22  м

Задана толщина мембраны H =  0,0035 м

Задана длина ленты             L =  0,32  м

Задана толщина ленты        Hл =  0,003  м

Задана ширина ленты          Bл =             0,042           м

Задано давление, развиваемое силовым насосом Pсн = 1,373·106  Па

Задано номинальное давление на мембрану, развиваемое импеллером при номинальной частоте вращения ротора                Р0 = 1,03·106  Па

Задан диаметр ступицы мембраны D0 = 0,03 м

Температурный коэффициент расширения металла берется из справочника  АТ = 11,9·10-6  1/град.

Модуль Юнга (берется из справочника)  Е = 2,06·1011  Па

Коэффициент Пуассона (берется из справочника)  m = 0,3

Задан диаметр горла сопла  Dс = 0,02  м

Задан номинальный прогиб ленты  F0 = 0,0037  м

Номинальная частота вращения, соответствующая номинальному    прогибу ленты,  n0 = 3000 об/мин.

 

1. Давление масла в сопле

 

Рс = Рсн /2 =  0,6865*10⁶ Па

  

2. Изменение давления на мембрану, соответствующее неравномерности регулирования

 

DST = 0,1·Р0 = 0,103*10⁶  Па

 

3. Наибольшее давление на мембрану из диапазона регулирования

     Pmax = P0 + 2DST =1,236*10⁶ Па

4. Максимально-возможное давление на мембрану, используемое   для расчета прочности деталей регулятора

 

                            Pmax1 = P0 + 4DST =1,442*10⁶ Па

 

5. Коэффициент формы мембраны

 

А0 = D0 /D = 0,13636

 

6. Коэффициент приведения сосредоточенной нагрузки к распределенной

 

К = 4(1 - 0,75 · А0 2 - А0 2 · ln(1/А0)) = 3,796

 

7. Цилиндрическая жесткость мембраны

 

1,4453*10⁷ Н /м 

 

8.Площадь сечения ленты

 

Fл = Вл · Нл =1,26*10⁻⁴ м2

 

 

9.Вспомогательный коэффициент 

 

0,956015*10⁻²  м2

 

10.Вспомогательный коэффициент  B/A

 

2,930209*10⁹ Н /м4

11.Момент инерции ленты   9,45*10⁻¹¹  м4

 

12.Критическая сила ленты

 

8239,05 Н

 

13.Поперечная сила ленты от действия струи масла из сопла

 

 2,15561*10² Н

 

14.Параметр настройки

 

 13,904493*10⁵ Па

 

15.Основная формула для подсчета давления на мембрану при различных прогибах

 

Задавая разные величины F и вычисляя по этой формуле P, строим график зависимости между давлением на мембрану и прогибом ленты регулятора.

 

 

16.Формула для подсчета удельной неравномерности

 

  

 

По результатам вычисления по этой формуле строится аналогично график удельной неравномерности регулятора.

 

 

 

17.Момент сопротивления ленты

 

W = Вл · Нл2 / 6 = 6,3*10⁻⁸ м3

 

18.Прогиб ленты от поперечной силы

 

 1,719733928*10⁻³  м

 

19.Действительное продольное усилие в ленте

 

PKRД = PKR (1 - FQ / Fmax) = 5781,289 Н

 

Fmax = 0,005765 м

 

 

 

20.Вспомогательный коэффициент

 

А00 = D/2 = 0,11 м

 

21. Вспомогательный коэффициент

 

В00 = D0 /2 = 0,015 м

 

22. Вспомогательный коэффициент

 

A01 = A002 + B002 = 1,2325*10⁻² м2

 

23. Вспомогательный коэффициент

 

B01 = A002 - B002 =  1,1875*10⁻²  м2

 

24. Вспомогательный коэффициент

 

AB0 = A002 · B002 =  2,722*10⁻⁶  м4

 

 

 

 

25.Максимальное напряжение в мембране

 

  16,338*10⁶  Па

 

26.Напряжение в ленте при максимальном прогибе

 

574,9172*10⁶ Па

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Расчет мембранно-ленточного  регулятора скорости: Методические  указания к курсовому проектированию  по дисциплине  ’’Автоматическое  регулирование энергоустановок”/В.М. Марковский, М.Ю. Федорченко. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 13 с.

2. Кириллов И.И.  Автоматическое  регулирование паровых турбин  и газотурбинных установок: Учебник  для вузов. Л.: Машиностроение, 1988.

3. ТМТ-105451. Расчет мембранно-ленточных  систем блока регуляторов. Материалы  ПО ТМЗ.

4. Бабич В.А.  О влиянии  изменения температуры масла  на работу упругого мембранно-ленточного  регулятора / Теплоэнергетика. 1975. №4.