water hydraulics, water turbine guide apparatus, PD controller, control system stability, computer simulation
Abstrakt
W pracy przedstawiono zagadnienie modyfikacji hydraulicznego układu sterowania kątem obrotu łopatek kierownicy, który jest niezbędny dla utrzymania stałej prędkości obrotowej turbiny zainstalowanej w małej elektrowni wodnej, przy zmiennym spadzie i momencie obciążenia zewnętrznego turbiny. Przeprowadzono badania stanowiskowe siłownika i rozdzielacza, wykonanych w nowatorskiej technologii pokryć zapobiegających szkodliwemu wypływowi wody na ich konstrukcję. Ich wyniki wykorzystano, aby jak najdokładniej odwzorować działanie układu regulacji prędkości obrotowej turbiny wodnej. Dla kierownicy turbiny sprzężonej z mechanizmem zmiany kąta obrotu łopatek przedstawione zostały zależności dotyczące kinematyki, sposoby redukcji masy i siły, jako parametrów mających wpływ na ruch tłoka siłownika jednostronnego działania oraz nieliniowe równanie różniczkowe ruchu, opisujące przemieszczenie tego tłoka z uwzględnieniem siły tarcia, siły hydrostatycznej, siły sprężyny i obciążenia zewnętrznego. Opracowano model układu regulacji prędkości obrotowej turbiny z wykorzystaniem regulatora typu PD. Zamieszczono wyniki badania stabilności tego układu otrzymane z wykorzystaniem kryterium Hurwitza oraz ze względu na nieliniowość układu I metody Lapunowa. W badaniach symulacyjnych trójwymiarowy model kierownicy turbiny wodnej był w interakcji z układem hydraulicznym kontrolowanym przez dobrany regulator prędkości obrotowej. Wyniki z symulacji zawierające wpływ czynników zewnętrznych, takich jak spad i moment przedstawiono w formie wykresów czasowych.
The paper presents the problem of modifying the hydraulic control system steering the angle of rotation of the blades, which is necessary to keep a constant rotational velocity of the turbine installed in a small hydroelectric power plant. The influence of variable head and external load torque of the turbine also was taken into consideration. Laboratory tests of the cylinder and directional control valve, made in innovative covering technology to prevent damaging water influence on their structure were conducted. Their results were used to accurately map the operation of the water turbine velocity control system. The guide apparatus of the turbine was coupled to the mechanism of changing the angle of rotation of the blades. Kinematic relations of this mechanism, methods of weight and strength reduction, as parameters which had an influence on the movement of the piston of the single - acting cylinder and the nonlinear differential equation of motion describing the displacement of the piston were presented. This equation also included friction force, hydrostatic force, spring force and external load. A model of the turbine velocity control system using the PD controller was made. The results of testing the stability of the system obtained using the Hurwitz criterion and due to the non-linearity of the system, the Lyapunov’s first method was presented. During the simulation tests, the three-dimensional model of the guide apparatus was interacting with the hydraulic system controlled by the selected rotational velocity controller. The results of the simulation containing the influence of external factors such as head and the external load torque were presented in the form of time graphs.
Klasyfikacja PKT
371948 Napędy i sterowanie hydrauliczne
370000 Budowa maszyn. Przemysł maszynowy i metalowy
