Корж В.В. Газотурбинные установки

Подождите немного. Документ загружается.

111

− регулятор давления "после себя";

− импеллер;

− электромагнитные вентили;

− реле осевого сдвига;

− автоматы безопасности;

− реле давления воздуха.

Воздушные связи системы САР

Воздушные связи обеспечиваются за счет изменения давления воздуха:

− в проточной системе;

− в системе предельной защиты.

В каждую из этих систем воздух поступает из системы постоянного дав-

ления через одно дроссельное отверстие и далее выпускается в другие отвер-

стия, сечения которых изменяются в устройствах, составляющих элементы САР.

В зависимости от соотношения площадей подвода и выпуска воздуха в про-

точных линиях устанавливаются различные значения давлений, влияющих

на положение поршней сервомоторов или золотников.

Система постоянного давления образуется за регулятором давления

"после себя", поддерживающего постоянное давление 0,14 МПа и подходит к:

− двум дроссельным шайбам;

− отсечному золотнику;

− управляющему золотнику регулирующего клапана;

− кнопкам управления;

− реле осевого сдвига.

Проточная система образуется дроссельной шайбой диаметром 4 мм и

обеспечивает связь между:

− регулятором скорости;

− ограничителем приемистости;

− отсечным золотником.

Давление в проточной системе определяет положение РК и ВВК.

Система предельной защиты образуется дроссельной шайбой диамет-

ром 3,3 мм и элементами защиты агрегата:

− стопорным клапаном;

− двумя электромагнитными вентилями;

− пневматическими выключателями ТВД и ТНД, ТД;

− система предельной защиты подключена также к регулятору скорости.

Система управления турбодетандером питается маслом постоянного

давления от пускового маслонасоса и включает в себя:

− электромагнитный вентиль;

− расцепное устройство;

− регулирующий клапан.

112

Устройство системы регулирования

Система автоматического регулирования ГТУ выполнена по схеме не-

прямого регулирования с пневматическими серводвигателями и усилителями

(рис. 75). Воздух для работы системы отбирается из станционного коллектора

сжатого воздуха, в который подается через отборы из осевых компрессоров, ра-

ботающих ГПА или от поршневого компрессора с приводом от электродвигателя

переменного тока. Перед использованием в системе воздух охлаждается и очи-

щается в блоке воздухоподготовки. Давление воздуха в САР поддерживается

0,14 МПа регулятором давления "после себя". Электромагнитный вентиль

(ЭМВ5) на подводящем трубопроводе к регулятору давления (РД) используется

для отключения подачи воздуха к системе тогда, когда агрегат остановлен.

Основными регулирующими органами системы являются стопорный (СК) и

регулирующий (РК) клапаны. Положение РК определяет количество газового

топлива, подводимого к камере сгорания (КС). В качестве привода этих клапа-

нов используются мембранные пневматические сервомоторы. Основным регу-

лятором в системе является регулятор скорости (РС), поддерживающий

заданную частоту вращения вала нагнетателя. Импульсом РС служит напор мас-

ла от насоса-импеллера, установленного на валу турбины низкого давления

(ТНД). Регулятор скорости снабжен механизмом задатчика частоты вращения

(двигателем регулятора скорости – ДРС), подключенным к системе автоматиче-

ского управления. На работающем агрегате ДРС можно управлять дистанционно

с помощью кнопок "РС ВЫШЕ" и "РС НИЖЕ", расположенных на пульте

управления ГПА.

Основные связи в пневматической системе обеспечиваются тремя линия-

ми: постоянного давления, проточной и предельного регулирования. В проточ-

ную линию воздух поступает из линии постоянного давления через

дроссельную шайбу диаметром 4 мм. Проточная линия осуществляет связь ме-

жду регулятором скорости (РС), ограничителем приемистости (ОП), золотником

с электромагнитным приводом (ЭМП) малоинерционного регулятора темпера-

туры, золотником отсечным (ЗО) и серводвигателем регулирующего клапана. В

РС, ЭМП и ОП воздух из проточной линии может выпускаться в атмосферу.

Количество выпускаемого воздуха определяет давление в проточной ли-

нии, а оно, в свою очередь, – положение регулирующего (РК) и выпускных кла-

панов (ВВК1, ВВК2). По мере снижения давления в проточной линии РК

прикрывается, а при увеличении давления – открывается.

Воздух в линию предельного регулирования поступает из линии постоян-

ного давления через дроссельную шайбу диаметром 3,3 мм. Эта линия связыва-

ет регулятор скорости, электромагнитные вентили ЭМВ1 и ЭМВ2,

серводвигатель стопорного клапана, пневматические выключатели (ПВ) автома-

тов безопасности силовой турбины (АБ ТНД), вала турбокомпрессора (АБ ТВД) и

вала турбодетандера (АБ ТД). Давление в линии предельной защиты определяет

положение стопорного клапана.

113

Рис. 75. Система регулирования газотурбинной установки

114

Стопорный клапан открыт, если в РС, ЭМВ1, ЭМВ2 и ПВ выпуск воздуха

в атмосферу перекрыт и давление в линии предельного регулирования равно

0,14 МПа. При открытии сброса воздуха в одном из перечисленных устройств

давление в линии снижается, и СК закрывается.

Ограничитель приемистости (ОП) предназначен для ограничения мак-

симальной температуры (не более 800°С) продуктов сгорания, поступающих в

ТВД. Ограничитель приемистости устанавливает максимально возможное от-

крытие РК по подаче топлива в камеру сгорания в зависимости от давления воз-

духа за компрессором. Работает ОП по принципу ограничения давления воздуха

в проточной линии.

В нагнетании осевого компрессора установлены два воздушных выпускных

клапана (ВВК1 и ВВК2), работающих параллельно. Эти клапаны сбрасывают в

атмосферу воздух при остановке ГПА или при сбросе нагрузки. В первом случае

выпуск воздуха сокращает время выбега роторов турбины и продувки горячей

проточной части холодным воздухом, во втором – снижает заброс частоты вра-

щения ротора силовой турбины.

Отсечной золотник (ЗО) используется для усиления управляющего импульса

к выпускным клапанам. К золотнику подводится воздух из двух линий – постоян-

ного давления и проточной. При снижении давления в проточной линии до 0,04-

0,05 МПа золотник отсекает подвод воздуха из линии постоянного давления к вы-

пускным клапанам, и они открываются под действием потока воздуха из ОК.

В целях предохранения осевого компрессора от помпажа на пуске ГТУ за

его четвертой ступенью установлено непосредственно на корпусе компрессора

восемь сбросных клапанов (СБК) для выпуска части воздуха в атмосферу. В пе-

риод пуска ГТУ, когда давление за четвертой ступенью ОК низкое, клапаны под

действием пружины удерживаются в открытом положении. По мере увеличения

частоты вращения компрессорного вала растет перепад давления воздуха, дейст-

вующий на тарелку клапана и создающий усилие для его закрытия. СБК закры-

ваются при достижении частоты вращения вала компрессора 4200-4300 об/мин.

Автоматы безопасности (АБ) предназначены для остановки турбоагрегата

при увеличении частоты вращения роторов до предельно допустимого значения.

ТВД, ТНД и ТД защищают бойковые автоматы безопасности. При вращении ва-

ла ротора на боек АБ действует центробежная сила, которая при частоте враще-

ния ниже допускаемой уравновешивается натяжением пружины. При достижении

предельной частоты вращения центробежная сила, действующая на боек, и натя-

жение пружины выравниваются. Дальнейшее повышение оборотов вызывает

увеличение центробежной силы, и боек, сжимая пружину, выходит из вала, уда-

ряет по рычагу, вызывая срабатывание пневматического выключателя (ПВ). В

пневматическом выключателе открывается клапан, давление в линии предель-

ного регулирования падает, закрывается стопорный клапан – турбина останавли-

вается. Автоматы безопасности турбодетандера (АБ ТД) и турбокомпрес-

сорного вала (АБ ТВД) воздействуют на один пневматический выключатель.

Автомат безопасности силового вала (АБ ТНД) воздействует на свой выключа-

тель. Все три АБ конструктивно оформлены одинаково. Отличаются они только

размерами бойка.

115

Кроме бойкового автомата безопасности вал силовой турбины также за-

щищает частотно-электрический АБ с управлением от тахометра. Автоматы

безопасности настраиваются на срабатывание при следующих частотах враще-

ния роторов, об/мин.:

− бойковый турбокомпрессорного вала (АБ ТВД)…….…5300+80;

− электрический силового вала……………………..…….5250+80;

− бойковый силового вала (АБ ТНД)………………...…...5350+80;

− бойковый вала турбодетандера (АБ ТД)……………..9100-11400.

Установка пневматического выключателя в рабочее положение после

срабатывания АБ осуществляется с помощью пневматической кнопки управле-

ния. При нажатии на эту кнопку воздух постоянного давления подается к вы-

ключателю. Клапан в ПВ опустится и закроет сбор воздуха из линии

предельного регулирования.

Пневматической кнопкой "Аварийный останов" осуществляют экстрен-

ную остановку турбины и опробование действия ПВ на остановленной турби-

не. При нажатии на эту кнопку воздух постоянного давления подается к

пневматическому выключателю, и он, срабатывая, открывает сброс воздуха

из линии предельного регулирования.

Малоинерционный регулятор температуры (МИРТ) предназначен для

ограничения максимально допустимой температуры продуктов сгорания перед

ТВД. В целях повышения надежности и долговечности термопар, используемых

в качестве датчиков для МИРТ, температура продуктов сгорания измеряется за

ТНД. Определение температуры перед ТВД осуществляется в вычислительном

устройстве системы автоматического управления на основе измеренных темпе-

ратуры за ТНД и давления воздуха за ОК по формуле:

,tBtKpC

⋅+ −

где t

– температура перед ТВД, °С;

– температура за ТНД, °С;

р – давление за ОК, МПа;

В, К, С – постоянные коэффициенты.

Регулятор температуры воздействует на электромагнитный привод зо-

лотника (ЭМП), который в зависимости от своего положения выпускает в ат-

мосферу воздух из проточной линии, чем и определяется положение

регулирующего клапана (РК) на подводе топливного газа в камеру сгорания.

Агрегаты (назначение, конструкция, принцип работы)

Регулятор скорости

Предназначен для поддержания постоянства заданной частоты враще-

ния вала ТНД, а также для управления открытием СК и РК во время пуска ГТУ;

для быстрого их закрытия и открытия ВВК при аварийном падении давления

воздуха в системе предельной защиты.

116

Датчиком для РС является насос-импеллер, находящийся на валу ТНД.

Изменение частоты вращения вала вызывает изменение напора масла в им-

пеллере, пропорциональное примерно квадрату числа оборотов. Напор вос-

принимается поршнем, нагруженным пружиной. Поршень управляет

перестановкой штока, изменяющего сечение отверстия в нижнем торце втул-

ки для выпуска воздуха проточной системы.

Конструкция

Основными элементами конструкции регулятора скорости являются

(рис. 76):

− корпус;

− крышка;

− резиновая мембрана;

− поршень со штоком;

− втулка со штоком;

− клапан;

− механизм задатчика частоты вращения;

− пружины;

− микровыключатели.

1 – поршень

2 – пружина

3 – корпус

4 – шток поршня

5 – втулка подвижная

6 – шток

7 – пружины

8 – колесо коническое

9 – шестерня коническая

10 – валик приводной

11– толкатель

12 – микропереключатели

13 – втулка резьбовая

14 – шток резьбовой

15 – шарикоподшипник

16 – крышка

17 – клапан

18 – мембрана

19 – тарелка

20 – диск

Рис. 76. Гидродинамический регулятор скорости

117

Изменение напора импеллера в РС воспринимается поршнем и штоком,

который в верхней части имеет коническую форму и находится внутри отвер-

стия на нижнем торце втулки. Полость втулки сообщается с линией проточного

воздуха, а торцевое отверстие – с атмосферой. Втулка может перемещаться с

помощью другого штока, приваренного к тарелке мембраны. Внутри этого што-

ка имеется отверстие, которое может сверху закрываться клапаном на механиз-

ме управления.

На верхней крышке РС смонтирован механизм задатчика частоты

вращения, посредством которого можно вручную или дистанционно изменять

положение клапана. На механизме смонтированы три микровыключателя:

− микровыключатель, сигнализирующий о моменте открытия СК:

− микровыключатель, сигнализирующий о максимальном значении зада-

ния частоты вращения – 5000 об/мин.;

− микровыключатель, сигнализирующий о положении задатчика на ми-

нимальных рабочих оборотах – 3300 об/мин.

Принцип работы

Перед пуском шток со втулкой находятся на нижних упорах, клапан под-

нят и разобщен со штоком. При этом указатель механизма РС находится против

деления "20" по шкале.

Воздух предельной защиты выпускается в атмосферу через отверстие в

штоке, а проточный воздух – через образовавшийся большой зазор между ко-

нусной частью штока и втулкой. В этом положении СК и РК закрыты.

Чтобы открыть СК маховик РС вращают в сторону "УБАВИТЬ", перемещая

вниз до упора клапан, выпуск воздуха из системы предельной защиты в РС пре-

кращается, давление воздуха в этой системе растет, что приводит к открытию СК.

Для последующего открытия РК необходимо маховик механизма вращать

в обратную сторону. Клапан будет перемещаться вверх вместе с втулкой, что

приведет к уменьшению выпуска проточного воздуха, т. к. шток с поршнем ос-

таются на нижнем упоре. Увеличение давления в проточной системе до

0,06 МПа, приведет к открытию РК. Через 3-5 оборотов маховика начинается

открываться РК. Когда напор импеллера достигнет 0,3 МПа, поршень со што-

ком начнут перемещаться вверх. Это соответствует оборотам ТНД 3000 об/мин.

С этого момента РС вступает в работу. При оборотах ТНД 3300 об/мин. сра-

батывает микровыключатель и сигнализирует о выходе ГТУ на холостой ход и

останавливает электромоторчик РС.

Подержание постоянных оборотов ТНД осуществляется следующим

образом:

− при увеличении нагрузки уменьшается частота вращения вала ТНД и

напор масла после импеллера, что приводит к опусканию поршня со

штоком. Выпуск воздуха проточной системы уменьшается, РК идет на

открытие, снижение частоты вращения вала ТНД прекращается;

118

− при сбросе нагрузки поршень со штоком перемешаются вверх, выпуск

воздуха проточной системы увеличивается и РК прикрывается. При

нормальной работе давление в проточной системе изменяется в преде-

лах от 0, 06 до 0, 12 МПа.

Если при сбросе нагрузки частота вращения вала ТНД, несмотря на за-

крытие РК будет увеличиваться, то шток может открыть выпуск воздуха про-

точной системы настолько, что откроются ВВК, увеличение частоты

вращения прекратится. Импульс на открытие ВВК выдается регулятором

скорости, когда частота вращения вала ТНД превысит на 1-2% значение, уста-

новленное механизмом задатчика. Когда частота вращения с учетом имеющей-

ся неравномерности восстановится и ВВК закроются, РК откроется на

величину, необходимую для поддержания заданной частоты вращения уже при

сниженной нагрузке.

При срабатывании защиты втулка отрывается от клапана, через отвер-

стие в штоке откроется дополнительный выпуск воздуха предельной защиты,

что ускорит закрытие СК. Перемещение втулки относительно штока, который

ненадолго остается в своем прежнем положении, приведет к выпуску воздуха

проточной системы, к закрытию РК и открытию ВВК.

Расчетная неравномерность регулятора скорости составляет 4-5%.

Стопорный клапан

Предназначен для прекращения подачи топливного газа в камеру сгорания

по импульсу аварийного останова.

Конструкция (рис. 77) состоит из:

− корпуса;

− крышки;

− клапана;

− штока;

− мембраны;

− пружин;

− ускорителя закрытия.

Газ от стопорного клапана направляется по двум направлениям: основ-

ной поток – к РК и незначительное количество – к дежурной горелке. Стопор-

ный клапан управляется давлением воздуха предельной защиты с помощью

мембранного пневматического сервомотора и ускорителя. В закрытом положе-

нии удерживается натяжением пружин. Ход клапана отмечается по шкале,

верхнее и нижнее положение клапана сигнализируются микровыключателями.

Максимальное открытие СК – 20 мм. Диаметр стопорного клапана – 65 мм.

Ускоритель закрытия состоит из:

− шайбы;

− пластины;

− крышки ускорителя;

− дросселя.

119

1 – седло

2 – корпус

3 – клапан

4 – шток

5 – уплотнительное

кольцо

6 – крышка

7 – мембрана

8 – пружины

9 – дроссель

10 – пластина

11– специальная шайба

12 – микропереключатель

13 – толкатель

14 – верхняя крышка

15 – тарелка

16 – диск

Рис. 77. Стопорный клапан

Принцип работы

При подаче воздуха из системы давление в полости "В" из-за малого сече-

ния дросселя (1,5 мм) быстро увеличивается. Этим давлением пластина при-

жимается к шайбе, в которой перекрываются отверстия "Г", сообщающие

подмембранную полость с надмембранной. По мере перетекания воздуха через

дроссель начнет увеличиваться давление в подмембранной полости и СК при-

мерно через 5-10 сек. открывается. При этом пластина все время будет при-

жиматься к шайбе, так как площадь пластины, на которую действует давление

воздуха сверху и снизу, различны.

При срабатывании защиты давление в полости "В" быстро снижается.

Вследствие наличия дросселя давление в подмембранной полости в первое

время не снижается. Этим давлением пластина быстро перемещается вверх до

упора в крышку. Отверстия "Г" сообщают подмембранную полость с надмем-

бранной, и клапан пружинами и усилием от давления газа быстро опустится на

седло. Через отверстие "Е" воздух, поступивший в надмембранную полость,

выйдет в атмосферу.

Время закрытия клапана составляет менее 0, 2 сек.

120

Регулирующий клапан

Предназначен для регулирования количества топливного газа, поступаю-

щего в камеру сгорания, при изменении режима работы ГПА.

Конструкция регулирующего клапана (рис. 78) и его мембранного

пневматического сервомотора аналогична стопорному клапану. Отличие за-

ключается в конструкции управляющего элемента сервомотора, который

смонтирован на крышке пневматического сервомотора и состоит из:

− мембраны;

− буксы;

− золотника;

− пружины.

1 – клапан

2 – седло

3 – пневмопровод

4 – пружины

5 – мембрана

6 – управляющий элемент

7 – уплотнительное

кольцо

8 – букса

9 – золотник

10 – диск

11– тарелка

12 – микропереключатель

Рис. 78. Регулирующий клапан

В надмембранную полость управляющего элемента подведен воздух

проточной системы. Между центрами сервомоторов РК и управляющего

элемента установлена пружина, натяжением которой с одной стороны оказы-

вается усилие на закрытие РК, а с другой – на смещение центра управляюще-

го элемента. На наружной поверхности буксы имеются три проточки:

− верхняя проточка соединена с атмосферой;

− средняя проточка соединена с подмембранной полостью серво-

мотора РК;

− нижняя проточка, к которой подведен воздух с давлением 0,14 МПа.