книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие

Автоматика зашиты отключает турбину мгновенным закры­ тием БЗК при аварийном режиме работы, возникающем в резуль­ тате недопустимого отклонения одной из контролируемых вели­ чин: угловой скорости ротора, вакуума в конденсаторе, давления масла в системе регулирования и смазки, а также величины осе­ вого сдвига ротора.

Пар из камер отбора ГТЗА поступает в трубопровод греюще­ го пара, где давление поддерживается регуляторами постоянным. Обратное перетекание пара, возможное при остановке турбины при срабатывании защиты, привело бы к снижению безопасности. Для предотвращения этого предусматривается автоматическое от­ ключение трубопровода греющего пара от камер отбора.

§ 42. АВТОМАТИКА ГТЗА СУДОВ ТИПА «ЛЕНИНСКИЙ КОМСОМОЛ» И «ПРАГА»

Турбины ТС-1 и ТС-2 мощностью 13 000 и 19 000 э.л.с. сухогрузных судов типа «Ленинский комсомол» и танкеров типа «Прага» имеют однорежимный ограничительный регулятор угло­ вой скорости и регулятор давления пара в уравнительном коллек­ торе системы концевых уплотнений роторов. Автоматика защиты обеспечивает закрытие БЗК при недопустимом отклонении конт­ ролируемых величин: предельные автоматы безопасности турбин

в любом направлении более 1 мм. Предусмотрена автоматическая блокировка, исключающая поступление пара в турбину из паро­ провода греющего пара через клапаны отбора при закрытии БЗК, а также пуск турбины при включенном валоповоротном устрой­ стве.

В качестве рабочей среды в системах автоматики регулирова­ ния и защиты применяется масло под давлением 4 ати, которое также используется в системе смазки турбины после дросселиро­ вания в специальном редукторе до давления 1 ати. Командное давление масла вырабатывается измерительными органами и по­ ступает через промежуточные элементы на исполнительные меха­ низмы регулирующих органов.

Ограничительный регулятор угловой скорости пропорциональ­ ный непрямого действия, гидродинамический, состоит из следую­ щих элементов (рис. 117): чувствительного — импеллера 31, сое­ диненного с ротором ТНД, преобразователя дроссельного типа, золотник 33 которого является элементом сравнения, поршневого сервомотора 6 одностороннего действия с управляющим устрой­ ством 7, перепускного клапана 15, задающего устройства — пру­ жины 29, жесткой отрицательной обратной связи, состоящей из рычага И и пружины 10.

180

При угловой скорости ротора, не превышающей более чем на 3% ее номинальной величины, БЗК полностью открыт. 3 T G обес­

печивается поступлением в верхнюю полость сервомотора 6 масла от насоса (по трубопроводу II через верхний кольцевой канал за­ крытого перепускного клапана 15 и по каналу 9 отсечного золот­ ника 7).

Поршень 13 сервомотора, сжимая пружину, опустится в край­ нее нижнее положение, обеспечивая полное открытие БЗК. Выход масла из верхней полости сервомотора на слив перекрыт управ­ ляющим золотником 7 и перепускным клапаном 15. Масло, по-

Р и с . 117. С х е м а ав т о м а т и к и Г Т З А ти п а Т С -1

ступающее из трубопровода II (через корпус золотника 28, тру­ бопровод III, золотник Г масляного выключателя и трубопровод /)

вверхнюю полость перепускного клапана 15, растянет пружину 16

ипереместит его вниз, перекрывая отверстие слива.

На рассматриваемых скоростных режимах работы турбины давление масла после импеллера и пружина 29 определяют поло­ жение золотника 33 преобразователя и давление масла после не­ го, обеспечивающее подъем управляющего золотника 7 в преде­ лах, исключающих соединение окон каналов 5 и 9 и закрытие

БЗК.

При увеличении угловой скорости более чем на 3% номи­ нальной давление масла после импеллера превысит 6,3 ати. Зо­ лотник 33 преобразователя под действием давления масла сожмет пружину 29 и переместится вверх, увеличивая открытие окна ка­ нала 32 и частично перекрывая сливное окно канала 30. Профи­

181

лированные окна буксы преобразователя обеспечивают линейную зависимость между положением золотника 33 и давлением масла после преобразователя. Повышение давления в трубопроводе V обеспечит перемещение управляющего золотника 7 вверх на ве­ личину, пропорциональную сжатию его пружины 10 обратной связи. При этом золотник 7 соединит каналы 9, 8 и масло из верх­ ней полости сервомотора начнет сливаться через канал 14, а пор­ шень сервомотора под воздействием пружины 6 переместится вверх, прикрывая БЗК. Одновременно рычаг И жесткой обратной связи возвратит золотник 7 в среднее положение, восстанавливая равновесное состояние ограничительного регулятора.

Ограничительный регулятор поддерживает угловую скорость в пределах 103—108% номинальной, закрывая БЗК при максималь­ ном отклонении регулируемой величины. В случае уменьшения угловой скорости ниже 108% номинальной регулятор будет от­ крывать БЗК, полное открытие которого соответствует 103% регу­ лируемой величины.

Пределы регулирования угловой скорости ротора устанавлива­ ются изменением сжатия пружины 29 задающего устройства, обес­ печивающим параллельное смещение статической характеристики регулятора.

Регулирование турбины при угловых скоростях ниже 103% номинальной производится обслуживающим персоналом.

Автомат безопасности угловой скорости ТНД непрямого дейст­ вия, гидродинамический. Чувствительный элемент регулятора — импеллер ограничительного регулятора.

В случае нормальной работы ограничительного регулятора уг­ ловая скорость ротора не может достигнуть величины, заданной автомату безопасности. При этом положение золотника А масля­

При величине угловой скорости, превышающей на 12% номи­ нальную, давление масла после импеллера переместит золотник А, сжимая пружину, вверх, обеспечив'ая поступление рабочего масла из трубопровода Я в верхнюю полость золотника Г масляного вы­ ключателя (каналы в золотнике А, 47, 46, 45) и слив из нижней полости (каналы 44, 50, 48). В результате этого золотник Г пере­ местится вниз, соединяя трубопровод / со сливом. Давление масла над клапаном 15 упадет, и пружина 16 переместит его вверх, пере­ крывая кольцевой канал, по которому масло из трубопровода П поступало в верхнюю полость сервомотора, одновременно обеспе­ чивая слив из нее (канал 12, клапан 15). Поршень 13 сервомото­ ра 6 под воздействием пружины 49 перемещается вверх до полно­ го закрытия БЗК.

При регулировании, как было показано ранее, прикрытие БЗК обеспечивалось сливом масла из сервомотора через каналы 9 и 8.

182

В случае отклонения контролируемой величины слив осуществля­ ется через клапан 15, что позволяет быстрее закрыть БЗК.

Во всех случаях недопустимого отклонения любой контроли­ руемой величины чувствительные элементы автоматики защиты воздействуют на БЗК через масляный выключатель. При этом его золотник Г обеспечивает слив масла из трубопровода 1, что при­ ведет к закрытию БЗК.

Автомат безопасности ТВЦ, как и ТНД, непрямого действия, срабатывает при величине угловой скорости, превышающей на 12% номинальную. Чувствительный элемент — боек 23, преодоле­ вая усилие пружины 22, выйдет из паза ротора турбины и, упи­ раясь в рычаг 24, повернет его вокруг опоры 25 против часовой стрелки, освобождая замок масляного золотника 27. Последний под воздействием пружины 26 переместится вправо, обеспечивая слив масла из трубопровода I (через золотник Г масляного вы­ ключателя, трубопровод III и окно 28 буксы масляного золотни­ ка 27).

Вакуум-реле, непрямого действия, срабатывает при падении вакуума в главном конденсаторе до 500 мм рт. ст. При этом чув­ ствительный элемент реле — мембрана 5, прогибаясь, сожмет пру­ жину 52 и переместит с помощью штока 3, золотник 4, перемеща­ ющийся в корпусе 2 вниз, обеспечивая доступ рабочему маслу из трубопровода II под золотник Б масляного выключателя. Послед­ ний, преодолевая усилие пружины 53, обеспечит слив масла из нижней полости золотника выключателя Г и подвод в верхнюю полость. В результате золотник Г переместится вниз, обеспечивая слив масла из трубопровода I.

Реле защиты от осевого сдвига ротора ТВЦ и ТНЦ имеет чув­ ствительный элемент в виде проточного масляного золотника 39. Гребень диска 40 ротора турбины является заслонкой сопла про­ точного золотника. При сдвиге ротора меняется зазор а и соот­ ветственно давление масла в канале 38 золотника. В верхнюю полость корпуса золотника масло подводится из трубопровода IV через штуцер 37, дроссель 36 и канал 34, частично сливаясь через дроссель 35. Постоянное проходное сечение дросселей 35 и 36 обеспечивает постоянное давление в канале 34, не зависящее от положения ротора турбины.

В равновесном состоянии золотника 39 сумма действующих на него сил равна нулю:

183

При сдвиге ротора, например вправо, зазор а уменьшится и давление р2 масла в канале 38 увеличится. Равновесное состоя­

ние золотника возможно только при уменьшении сжатия пружи­ ны 43 в корпусе 42, т. е. при перемещении его вверх. Если сдвиг ротора превысит 1 мм, то подъем золотника обеспечит подачу ра­ бочего масла из трубопровода IV под золотник Б масляного вы­ ключателя (через штуцер 37, канал 41, трубопровод VIII). Это вызовет перемещение верхнего золотника Б и, как было уже пока­ зано (см. вакуум-реле), закрытие БЗК.

Сдвиг ротора влево приведет к опусканию золотника 39. Од­ нако в этом случае при сдвиге ротора более чем на 1 мм обеспе­ чивается поступление рабочего масла под золотник Б, перемеще­ ние его вверх и закрытие БЗК.

Реле имеет указатель осевого сдвига ротора и шкалу с ценой деления 0,05 мм.

Реле давления в системе смазки срабатывает при снижении его ниже 0,75 ати. В этом случае золотник В масляного выключа­ теля, в нижнюю полость которого подводится импульс по конт­ ролируемой величине, опустится под воздействием пружины и собственного веса. Опустится также золотник Г, так как будет обеспечен слив масла из его нижней полости и подвод рабочего масла в верхнюю полость. В результате трубопровод / соединится со сливом, БЗК закроется.

Блокировка БЗК с клапанами отбора пара. Наличие автомати­ ческой защиты обеспечивает закрытие БЗК при недопустимом от­ клонении любой контролируемой величины. В этом случае необхо­ димо предотвратить попадание греющего пара в турбину через клапаны отбора. Задача решается блокировкой БЗК с этими кла­ панами. При закрытии БЗК трубопровод / соединяется со сливом, и давление в нем падает. Тогда поршень 21 сервомотора под воз­ действием пружины 20 опустится, освобождая замок 19 рычага 18. Последний под воздействием пружины 17 закроет клапан отбора.

Запретная блокировка пуска турбины при включенном валоповоротном устройстве. При выключенном валоповоротном устрой­ стве внутренняя полость золотника 1 соединена с трубопроводом рабочего масла (как показано на рис. 117). Механизм валоповоротного устройства при его включении обеспечивает перемещение золотника 1 вправо, чем достигается соединение трубопроводов II и IX. Рабочее масло, поступая под золотник Б масляного вы­ ключателя, переместит его вверх, что приведет к закрытию БЗК, исключающему пуск турбины.

§ 43. АВТОМАТИКА ГТЗА ТАНКЕРОВ ТИПА «СОФИЯ»

Всережимный регулятор угловой скорости позволяет дистанционно управлять маневровыми клапанами из ЦПУ, рас­ положенного в машинном отделении. Чувствительный элемент регулятора — шестеренчатый насос 11 (рис. 118). На нагнетатель­ ном трубопроводе насоса установлен задатчик 9 числа оборотов —

184

дроссель переменного сечения, регулируемый золотником 10, пе­ ремещение которого определяет давление импульсного масла, по­ ступающего под золотник 7 преобразователя. Перемещение золот­ ника 7 вверх снижает давление масла после преобразователя, так как величина открытия окон на подводе силового масла от насоса системы регулирования уменьшается, а на сливе — увеличивается. Импульсное масло после преобразователя поступает через задат­ чик под управляющий золотник 6 сервомотора 4 маневрового кла­ пана 2 турбины переднего хода либо под золотник 5 сервомото-

Рис. 118. Схема всережнмного регулятора угловой скорости ГТЗА типа ТС-2

ра 3 маневрового клапана 1 турбины заднего хода, что опреде­ ляется положением золотника 10 задатчика 9. Перемещение его вправо от среднего положения увеличивает скорость вращения на передний ход, влево — на задний ход.

Изменение нагрузки на гребном винте изменяет число оборо­ тов турбины и шестеренчатого насоса, что вызовет перемещение золотника 7 и соответствующего маневрового клапана, поддержи­ вающего заданное число оборотов в пределах неравномерности регулирования.

Дистанционный пуск турбины осуществляется с помощью си­ лового масла, поступающего через дроссельную шайбу 8 в тру­ бопровод импульсного масла. Смещение золотника задатчика из среднего положения в одном или другом направлении приведем к

1 8 5

открытию соответствующего маневрового клапана и к страгнванию турбины. С увеличением числа оборотов турбины шестеренчатый насос увеличивает давление импульсного масла до величины, за­ данной положением золотника задатчика. Изменение числа обо­ ротов с ходового мостика возможно подключением к задатчику числа оборотов электрогидравлического следящего привода (тан­ кер «Пальмиро Тольятти»).

Система защиты турбины аналогична защите ГТЗА типов «Ле­ нинский комсомол» и «Прага».

В установившемся режиме работы турбины давления пара пе­ ред концевыми уплотнениями роторов ТВД и ТНД различны по величине и изменяются в зависимости от нагрузки. Чтобы исключить утечки пара в атмосферу и подсос воздуха

вконденсатор, каждое уплотнение вы­ полняют из нескольких камер. Обра­ зующаяся паровоздушная смесь в на­ ружных камерах уплотнений отсасы­ вается паровым эжектором. Внутрен­ ние камеры уплотнений соединяются с уравнительным коллектором, давление

вкотором должно поддерживаться в заданных пределах, что обеспечит по­ стоянный паровой баланс в уплотне­ ниях. В противном случае последний будет изменяться не только по величи­

не, но и по знаку.

При положительном небалансе уплотнений необходимо давление пара в уравнительном коллекторе умень­

шить, при отрицательном — увеличить. Это достигается либо сбро­ сом пара в конденсатор, либо подводом из трубопровода греюще- 'го пара.

Регулируемый объект — концевые уплотнения, уравнительный коллектор и соединяющие их трубопроводы — можно рассматри­ вать как одноемкостный. Однако величина коэффициента самовыравнивания существенно зависит от соотношения давления р\ в трубопроводе греющего пара и давления р% в уравнительном кол­ лекторе, определяемого режимом работы турбины.

На рис. 119 приведена схема П-регулятора давления пара в концевых уплотнениях, непрямого действия, гидравлического (ра­ бочая среда — масло). Регулируемая величина поддерживается ■со статической ошибкой в пределах 0,05—0,20 am. Чувствитель­ ным элементом регулятора является сильфон 7, управляющим устройством усилителя — проточный золотник 2, усилителем — гидравлический сервомотор 4 одностороннего действия, задающим устройством — пружина 1. Стабилизирующим элементом является ■отрицательная жесткая обратная связь, осуществляющая воздей­

186

ствие по положению поршня сервомотора на управляющее устрой­ ство через рычаг 3 и задающую пружину 1.

В равновесном состоянии регулятора усилия, создаваемые дав­ лением пара в уравнительном коллекторе 9 на донышко сильфо­ на 7 и пружиной 1, равны. При зтом золотник 2 управляющего устройства перекрывает подвод масла в верхнюю полость серво­ мотора 4, а положение его поршня 5 определяет, например, под­ вод пара через регулирующий орган 8 в уравнительный коллектор из трубопровода греющего пара (как показано на рис. 119).

При незначительном увеличении нагрузки турбины давление пара в средних камерах уплотнений, а значит, и в соединенном с ними уравнительном коллекторе повысится, что нарушит равно­ весное состояние регулятора. Золотник 2 усилительного устройст­ ва, сжимая пружину 1, переместится вверх, обеспечивая слив мас­ ла из сервомотора 4. Поршень 5 сервомотора под воздействием пружины 6 переместится вверх. При этом регулирующий орган 8 уменьшит проходное сечение золотника, определяющее подвод па­ ра в уравнительный коллектор из трубопровода греющего пара. Одновременно рычаг 3 жесткой обратной связи возвратит золот­ ник 2 в среднее положение, при котором установится новое равно­ весное состояние системы автоматического регулирования. Значи­ тельное увеличение нагрузки вызовет существенное увеличение регулируемой величины. При этом регулирующий орган полно­ стью перекроет окно подвода пара и одновременно откроет окно на сброс пара из уравнительного коллектора в конденсатор. Сле­ довательно, конструкция золотникового регулирующего орга­ на позволяет осуществлять либо подвод пара в уравнительный коллектор из трубопровода греющего пара, либо сброс в конден­ сатор.

§ 44. АВТОМАТИКА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ТУРБИН

Автоматика турбогенераторов ТД-600 и ТД-750 судов типа «Ленинский комсомол» и «София» предусматривает регули­ рование угловой скорости ротора турбины и защиту по предель­ ным отклонениям угловой скорости ротора и давления в системе смазки.

Защита обеспечивает закрытие БЗК и остановку турбины при увеличении угловой скорости ротора на 10—12% выше номи­ нальной и падении давления в системе, смазки ниже 0,4 ати. Пре­ дусмотрена также сигнализация при недопустимом снижении давления в конденсаторе.

Масло в системы автоматики и системы турбины подается им­ пеллером. Давление масла после импеллера 8 ати изменяется при различных нагрузках турбогенератора незначительно (статизм характеристики регулирования не превышает 0,03—0,04%). В си­ стему автоматики масло поступает с давлением нагнетания импел­ лера, а смазки — предварительно дросселируемое до 0,6 ати. Мас­

18Т

ло к импеллеру подводится от эжектора, расположенного в рас­ ходной масляной цистерне и использующего в качестве рабочей среды масло после импеллера. Создание эжектором подпора во всасывающем патрубке импеллера повышает надежность рабо­ ты последнего. При пуске турбины для этой же цели автоматиче­ ски включается масляный электронасос. Имеется также ручной пусковой насос.

Регулятор угловой скорости ротора гидродинамический, с жесткой обратной связью по положению регулирующего органа — сопловых клапанов 6 (рис. 120). Чувствительным устройством ре-

Рис. 120. Схема автоматики турбогенератора ТД-750

тулятора является импеллер, управляющим устройством усилите­ л я — дроссельный золотник 12, усилителем — гидравлический сервомотор 7 двойного действия и задающим устройством — пру­ жина 9.

Стабилизирующее устройство — жесткая обратная отрицатель­ ная связь, воздействует на втулку 8 золотника 12 через рычажную систему 14.

Импеллер, приводимый в движение от ротора, нагнетает мас­ ло по трубопроводу I в нижнюю и верхнюю среднюю полости зо ­ лотника 12. В равновесном состоянии регулятора усилия, созда­ ваемые давлением масла на торец золотника и задающей пру­ жиной 9, равны.

188

При изменении угловой скорости, например при уменьшении, золотник переместится вниз и обеспечит поступление масла от им­ пеллера в верхнюю полость сервомотора 7, перемещая его пор­ шень 5 вниз. Из нижней полости сервомотора масло будет сливаться. Шток поршня сервомотора связан с траверсой четырех сопловых клапанов. Сопловые клапаны подвешены к траверсе на штоках различной длины и перемещаются последовательно друг за другом, чем достигается плавное количественно-качественное ре­ гулирование. Величина открытия соплового клапана ограничива­ ется смещением втулки 8 золотника 12, соединенной с поршнем 5 сервомотора рычагом обратной связи 14. Новое равновесное со­ стояние установится после того, как втулка 8 займет относитель­ но золотника 12 прежнее положение и окна трубопроводов II и III будут перекрыты.

Регулируемая величина задается регулятору пружиной 9, сжа­ тие которой может изменяться вручную с помощью маховика 10 либо дистанционно-реверсивным электродвигателем 11, управляе­ мым с ЦПУ. Изменение коэффициента неравномерности регуля­ тора осуществляется перемещением подвижной опоры 13 ры­ чага 14.

При нормальной работе турбины реле угловой скорости А и давления масла б, воздействуя через масляный выключатель В на сервомотор БЗК-1, держит последний открытым. При этом зо­ лотник 20 будет находиться в верхнем положении, так как его верхняя полость соединяется со сливным трубопроводом (трубо­ проводы IX, VIII), а в нижнюю подводится масло от импеллера (трубопроводы IV, VI, VII). Одновременно подводится масло в нижнюю полость сервомотора (трубопроводы IV, У), что обеспе­ чивает открытие БЗК.

Если угловая скорость увеличится на 10% от номинальной, то золотник 18, сжимая пружину 17, переместится вверх, обеспечивая слив масла из нижней полости золотника 20 (трубопроводы VII, VI) и подвод его в верхнюю полость (трубопровод IV, канал в золотнике 18, трубопроводы VIII, IX). При этом золотник 20 опу­ стится и нижняя полость сервомотора соединится со сливным тру­ бопроводом, что приведет к перемещению поршня 4 вниз под воз­ действием пружины 3 и закрытию БЗК.

В случае недопустимого снижения давления в системе смазки золотник 19 под воздействием пружины 16 опустится, что обеспе­ чит перемещение золотника 20 в том же направлении и закрытие БЗК.

Остановить турбину можно ручным выключателем 15 реле дав­ ления.

Автоматическая защита выключается установкой при помощи рычага 2 поршня сервомотора БЗК в застопоренном верхнем по­ ложении.

При повышении давления отработавшего пара от 0,12 am ва­ куум-реле замыкает электрическую цепь сигнализации (на штоке

189