книги из ГПНТБ / Автоматическое управление газотурбинными установками

АП-ІЗ-40

ІЗГП

40^

АП

ВКВПУІ

-жпР ІО~п

КлОВПУ

КлВПУ

Рис. IV.4. Схема управления валоповоротным устройством.

а— структурная; ö — на контактах реле; на алементах; в — «Логика М», г — «Логика Т».

т. е. нет сигнала Хх1 от конечного выключателя В К ВПУ2. При этом

бенности по сравнению со структурной. Так, в связи с тем, что сиг­ нал Х 9 (Кл ОВПУ) действует и при включении двигателя на движе­ ние муфты ВПУ в зацепление, и при реверсе двигателя, ключ ОВПУ устанавливается в цепи питания схемы управления пускателями двигателя таким образом, что с его помощью полное отключение ВПУ производится путем обесточивания всей схемы. Вторая осо­ бенность заключается в том, что в схему ВПУ вводится дополни­ тельное реле отключения ВПУ (реле ВПО), которое является релеповторителем, размыкающим контакт конечного выключателя начального положения ВПУ, так как этот сигнал должен использо­ ваться в других схемах. Кроме того, в бесконтактной схеме вместо

сигналов 10 и 43 используются сигналы 13 и 40, которые, очевидно, равнозначны.

При построении схемы на магнитно-диодных элементах «Ло­ гика М» (рис. IV.4, б) во входных цепях усилителей приходится уста­ навливать дополнительные элементы. Это обусловлено малым входным сопротивлением усилителей (в связи с чем невозможно одновременно подсоединять на выход элемента входы усилителя и другой логический элемент).*

Для повышения надежности отключения ВПУ снгпал ключа ОВПУ лучше подавать на выходные элементы, которые в этом случае должны реализовать (выполнять) функции «запрет», так как при такой схеме укорачивается путь сигнала ОВПУ. Возможно, как и в схеме на контактных реле, с помощью ключа ОВПУ снять напряжение питания с обмоток пускателей, что повысит надежность отключения (даже при выходе из строя элементов или усилителя), но это не всегда оправданно, так как в подобном случае в щит логи­ ческих устройств придется завести провода с высоким напряжением, что снизит общую надежность схемы.

Схема ВПУ, приведенная на рис. IV.4, г, требует несколько большего числа логических элементов. Это связано с тем, что серия «Логика Т» включает в себя только один тип логического элемента — универсальную ячейку «или — не», причем число входов ячейки ограниченно. В остальном она подобна схеме на элементах «Ло­

гика М».

Управление турбодетандером

Пусковая турбина, или турбодетандер, предназначена для при­ дания валу осевого компрессора скорости вращения, при которой

* Элементы «запрет» можно не устанавливать, если применять реверсивные пускатели, в которых действует взаимная блокировка (магнитная или электри­

ческая) от одновременного срабатывания.

142

осуществляется зажигание топлива в камере сгорания. .Она «помо­ гает» турбине высокого давления до тех пор, пока последняя не смо­ жет самостоятельно вращать компрессор. Турбодетандер предста­ вляет собой расширительную турбину. Рабочим телом для нее служит природный газ, который поступает в турбину через краны 11 и 13 (рис. IV.5), а затем выбрасывается в атмосферу. Пусковая турбина соединяется с валом осевого компрессора с помощью зубчатой пары, шестерня которой, управляемая гидравлическим сервомотором или электродвигателем, может перемещаться в осевом направлении.

Рис. IV.5. Схема узлов управления турбодетандером.

При гидравлическом управлении командный импульс поступает на электромагнит 1, который перемещает управляющий золотник 2 таким образом, что масло начинает поступать в правую от поршня полость сервомотора 3, а левая полость соединяется со сливом (линии слива не показаны). Поршень начинает перемещаться влево, и про­ исходит зацепление зубчатой пары 4, 5. Полному зацеплению соот­ ветствует такое положение поршня сервомотора, при котором сред­ нее отверстие открывается и масло начинает поступать под поршень сервомотора 6 крана 13. Таким образом, кран 13 может открыться только тогда, когда турбодетандер находится в зацеплении.

При обесточенном электромагните управляющий золотник воз­ вращается пружиной в исходное положение, правая полость серво­ мотора 3 соединяется со сливом, а в левую начинает поступать масло. Поршень сервомотора перемещается вправо, турбодетандер выходит из зацепления, а отверстие, через которое масло поступает под поршень сервомотора 6 крана 13, закрывается. Имевшееся в этом сервомоторе масло сливается через управляющий золотник, и кран 13 закрывается. Следовательно, выход турбодетандера из зацепления автоматически приводит к закрытию крана 13. Такая жесткая связь между положением муфты турбодетандера и краном 13 служит для

143

а — na контактных реле; на элементах: б — «Ло­

гика М», в — «Логика Т».

предотвращения аварийного возрастания скорости (разгон), которое может случиться, если подать газ на не соединенное с компрессором легкое колесо турбодетандера.

Для фиксации положения муфты турбодетандера и крапа 13 служат два конечных выключателя, один из которых 8 нажат при полностью открытом, а другой 9 — при полностью закрытом кране 13. По импульсу от этих выключателей открывается или закрывается кран 11, открывающий или закрывающий доступ пусковому газу.

Таким образом, для составления функции управления турбоде­ тандером необходимо учесть следующие условия.'

1.Электромагнит гидроклапана (рис. ІУ.6) может быть включен вручную ключом Кл 13 (сигнал АД при условии, что ключ выбора режима Кл ВР установлен в положение «Дистанционно» (сигнал Х 2).

2.Автоматическое включение может произойти при наличии сигнала АП (Хз) после загрузки агрегата, т. е. когда кран 1 открыт

{1РО, сигнал Х і), а кран 4 закрыт (4РЗ, сигнал Х 5). Эти условия могут быть записаны так:

Р1~-~-Х1Х і -'гХ3Х іХ &.

3.Вал ТВД не вращается, т. е. нет сигнала от датчика малых оборотов ДМО или нет сигнала Х е реле давления воздуха ДВ за осевым компрессором.

Таким образом, условие включения электромагнита гидрокла­ пана ЭМГК может быть записано в следующем виде:

у ;кл = РДСДС7Х8Ха= (Х,Х2+ В Д Х5) X Д 7В Д .

Команда на включение Увкл должна запоминаться до появления любого из трех последних сигналов или до момента исчезновения напряжения питания на катушке электромагнита: Цепь памяти образуется после срабатывания реле электромагнита 13РВ (Ув,л) и замыкания конечного выключателя клапана 13ВКЗ (X j^-Послед­ няя блокировка сделана для предотвращения поломки шестерни турбодетандера, которая может произойти при повторном введении муфты в зацепление после восстановления питания, если вал тур­ бины вращается с большой скоростью.

Уравнение, описывающее закон включения электромагнита гид­ роклапана, преобразуется к виду

Увкл — РiX sX 7X 8X 9-j- Y тлХ , Х аХ 9Х и —

= [ ( X ^ + Х 3Х ^ 5) Ха+ УВКЛХ]0] Х 7Х аХ а.*

* При рассмотрении функций управления разными узлами агрегата обо­

значения однозначных сигналов, используемых в разных схемах, могут не сов­ падать.

Врелейпо-контактной схеме по сравнению со схемами на бескон­ тактных элементах имеются дополнительные реле включения и от­ крытия крана 13 (13РВ и 13РО), которые служат только для размно­ жения соответствующих сигналов. Однако для запоминания сигнала включения в бесконтактных схемах управления приходится уста­ навливать по два логических элемента, не считая предназначенного для работы на выходной усилитель.

Вслучае, когда зацепление осуществляется с помощью электро­ двигателя, механизм перемещения муфты аналогичен используемому

ввалоповоротном устройстве. Жесткая связь между положением муфты и краном 13 при этом оказывается невозможной, и каждый элемент снабжается отдельными коиечныдш включателями, по сово­ купной команде которых может быть открыт кран 11. Для увеличе­ ния надежности можно также использовать какой-либо дополнитель­ ный импульс подтверждающий ввод муфты в зацепление, например импульс о начале вращения вала турбодетандера с малой скоростью от двигателя валоповоротного устройства (передаточным звеном служит вал осевого компрессора, с которым в начале пуска сцеплены и турбодетандер, и валоповоротное устройство).

Закрытие кранов 11 и 13 служит в этом случае условием, разре­

шающим вывод муфты из зацепления. Дополнительным ограниче­ нием, налагаемым на схему управления турбодетандером, является запрещение ввода муфты в зацепление с валом компрессора, если скорость вращения последнего превышает ту, которую сообщает ему валоповоротное устройство. Такое ограничение необходимо для предотвращения поломки зубьев в момент зацепления. При такой конструкции турбодетандера (ТД) включение двигателя для ввода муфты ТД в зацепление может быть выполнено при условии, что: 1) имеется либо сигнал включения Х 1 от ключа турбодетандера КлТД (рис. ІѴ.7), либо сигнал Х 2 автоматического пуска; 2) ВПУ введено в зацепление (БЛУЗ, сигнал Х 3) и вал ТВД уже вращается, т. е. имеется сигнал Х 4 от датчика малых оборотов ДМОІ и скорость вращения не велика: нет сигнала Х 6 от ДМ02\ 3) муфта турбодетан­ дера еще не вошла в зацепление, т. е. иет сигнала Х0 от соответству­ ющего конечного выключателя (ВК ТД 3).

Перечисленные условия определяют логическую функцию упра­ вления двигателем при его включении на ввод муфты в зацепление:

г 1В1, п= ( х 1+ х 2) х 3х 4а д .

Вторичное включение двигателя на его реверс при выводе муфты турбодетандера из зацепления производится при закрытии крана 11 (сигнал 113, Хт) в том случае, если имеется сигнал Х 8 от тахометра,

146

с

Рпс. IV.7. Схема управления турбодетандерОм при элек­ трической. системе ввода муфты в зацепление.

а — на контактных реле; на элементах: б — «Логика М», в — «Логика Т».

I

турбодетаыдера не займет начального положения, при котором по­ является сигнал Х х1 от другого конечного выключателя (ВК ТДНП), т. е.

Гвкл = Х7 {Х8 + Х 0 + Х 10) Х П.

Управление стопорным и регулирующим клапанами

Воздействие на стопорный и регулирующий клапаны осуще­ ствляется с помощью регулятора скорости. Алгоритм управления этим узлом играет главную роль в общем алгоритме управления агрегатом, так как именно он определяет прохождение наиболее важного этапа пускового процесса — прогрева турбины. Регулятор скорости представляет собой золотниковое устройство, управля­ ющее давлением рабочего тела в системе регулирования путем слива масла в маслобак (в гидравлической системе) или сброса воздуха в атмосферу (в пневматической системе). Дистанционное перемеще­ ние золотника регулятора скорости осуществляется с помощью дви­ гателя постоянного тока малой мощности. Исходным положением золотника является верхнее, при котором все отверстия в плунжере и буксе открыты. При этом давления в напорных линиях сервомото­ ров стопорного клапана (давление предельной защиты) и регулиру­ ющего клапана (давление проточного масла или воздуха) равны атмо­ сферному.

При перемещении золотника из верхнего в крайнее иижиее поло­ жение закрывается отверстие в плунжере и возрастает давление в линии предельной защиты, что приводит к открытию стопорного клапана. Если теперь начать перемещать золотник вверх, то плун­ жер, будучи прижатым к золотнику давлением в линии предельной защиты, начнет перемещаться вместе с ним и в какой-то момент нач­ нет перекрывать сливные отверстия в буксе. В зависимости от пло­ щади сливных отверстий изменяются давление в проточной линии и величина открытия регулирующего клапана. Таким образом, про­ грев турбины в процессе пуска определяется характером движения золотника регулятора скорости из нижнего положения вверх после открытия стопорного клапана. В соответствии с этим перемещение золотника на разных этапах работы регулятора скорости осуще­ ствляется по-разному. На первом этапе, когда золотник движется сверху вниз, открывая стопорный клапан, он перемещается непре­ рывно при номинальной угловой скорости двигателя. На втором этапе, когда.золотник после открытия стопорного клапана движется вверх, открывая регулирующий клапан, он должен перемещаться

всоответствии с заданным законом прогрева турбины.

'В соответствии с принятым пооперационно-временньни алгоритмом управления характер движеиия золотника задается временными зависимостями, которые обычно реализуются путем снижения ско­ рости вращения электродвигателя и его включением в импульсном режиме с регулируемой скважностью. Такая схема управления позво­ ляет достичь необходимого приближения реального темпа открытия

148

регулирующего клапана к оптимальному, установленному теорети-' чески или экспериментально.

Положение золотника в процессе его перемещения фиксируется с помощью трех микропереключателей (рис. IV.8, IV.9). Один из них (BK РСВ) нажат, когда золотник находится в исходном верхнем положении, другой (ВК РСН) — при крайнем нижнем положении золотника. Третий микропереключатель, условно называемый ко­ нечным выключателем холостого хода В К XX , установлен таким образом, что его штифт оказывается нажатым в некоторый промежу­ точный момент движения золотника вниз и остается в таком состоянии до тех пор, пока золотник не пройдет то же положение при своем движении вверх. Этот момент хода золотника должен быть выбран таким образом, чтобы скорости турбины низкого давления и нагне­ тателя были равны нижней границе ее рабочего диапазона. При реа­ лизации алгоритма необходимо учитывать, что указанные микропере­ ключатели сигнализируют лишь текущее состояние механизма без учета предшествовавших этапов его движения. Эту недостаточность информации приходится восполнять другими сигналами, для чего удобно, в частности, использовать конечные выключатели стопор­ ного ВК СК и регулирующего В К РК клапанов. Отметим, что необ­ ходимость предварительной настройки конечного выключателя BK X X является недостатком системы управления.

Итак, работу регулирующего устройства в системе управления газотурбинной установкой можно разбить на ряд этапов. На первом этапе осуществляется подготовка к зажиганию газа в камере сгора­ ния путем открытия стопорного клапана. Для этого двигатель регу­ лятора скорости запускается в направлении, при котором золотник регулирующего устройства опускается вниз. Такое включение можно осуществлять как от сигнала Х г автоматического пуска АП, так и с помощью ключа управления регулятором скорости КлРС при пооперационном пуске (сигнал Х 2), ключ выбора режима Кл ВР ставится в положении «Ручное управление» (сигнал Х 3). При этом должны быть выполнены следующие условия: имеется сигнал Х4 защиты по маслу смазки ЗМС, нет аварийной ситуации АО, т. е. пет сигнала Х5, стопорный клапан СК закрыт — нет сигнала Хв. На случай, если стопорный кран по какой-либо причине не откроется, для выключения двигателя регулятора скорости, приводящего в дви­ жение золотник, устанавливается дополнительная блокировочная связь (конечный выключатель), исключающая поломку регулиру­ ющего устройства и сигнализирующая о том, что регулятор скорости находится в нижнем положении {ВК РСН, сигнал Х7). Таким обра­ зом, цепь включения на движение вниз при открытии стопорного клапана описывается выражением

= С^І + ^г-Уз + УН-Хв) ^4^5^6-^7-

Слагаемое У„Хд введено для запоминания кратковременного сигнала Х гХ 5 при ручном управлении, причем сигнал Х8 говорит

І49

сл

о

б

Рис. IV.8. Схема управления регулирующим устройством.

а — па контактных реле; б — на алиментах «Логика М».