книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

—герметичность гидравлических линий и цилиндров серво­ моторов;

—надежность электрических контактов и штепсельных'разъе­

мов;

—герметичность импульсных линий, отсутствие в воздушных

.линиях датчиков ДТ конденсата, а в импульсных линиях датчи­ ков ДМ воздуха;

—соответствие давления топлива, пара в паропроводе до регу­ лирующего клапана деаэратора и на входе в бойлеры требуемым значениям.

Первоначально работа исполнительных механизмов проверяет­ ся с помощью кнопок дистанционного управления.

В режим автоматической работы первым включается регуля­ тор разрежения, затем регулятор питания, регулятор воздуха и последним регулятор давления. Включать регулятор давления при неработающем регуляторе воздуха запрещается.

Перед включением регуляторов в режим автоматического регу­ лирования регулируемые параметры должны быть выведены на заданное значение.

Техническое обслуживание регуляторов

Техническое обслуживание включает ежедневное, еженедель-' ное, ежемесячное и годовое обслуживание.

Ежедневное обслуживание включает периодические: наблюде­ ние за работой регуляторов; проверку регуляторов на функциони­ рование, возмущение при этом наносится задатчиком; внешний осмотр исправности и плотности гидравлических и импульсных ли­ ний; проверку сочленения исполнительных механизмов с регули­ рующими органами; проверку давления питающей воды после ре­ дуктора.

Еженедельное обслуживание включает мероприятия ежеднев­ ного обслуживания и, кроме того, продувку внутренних полостей блоков управления исполнительных механизмов чистым воздухом давлением не более 0,1 кгс/см2.

Ежемесячное техническое обслуживание включает мероприя­ тия еженедельного обслуживания и, кроме того, проверку:

—электрического монтажа (мест пайки, надежности контак­ тов в штепсельных разъемах);

—времени перемещения исполнительных механизмов и про­ мывку водой редукционных клапанов.

Ежегодное (сезонное) техническое обслуживание включает

следующие мероприятия:

—лабораторную проверку усилителей;

—проверку всех датчиков со снятием их статических характе­

ристик;

— проверку состояния изоляции, сопротивление которой долж­ но быть не менее 10 Мом (при измерении ее величины мегомметром на 500 в );

-■362

Глава 12

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАРОТУРБО-, ГАЗОТУРБОГЕНЕРАТОРНЫХ, ЯДЕРНЫХ, ХОЛОДИЛЬНЫХ

ИКОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

§12.1. Общие сведения об автоматизации паротурбогенераторных установок

Система автоматизации паротурбинных установок включает системы: 1) автоматического регулирования; 2) управления пуском и остановкой; 3) контроля за параметрами; 4) аварийной сигнали­ зации и защиты.

Системы автоматического регулирования. Схема системы авто­ матического регулирования паротурбогенераторной установки за­ висит от типа турбины. Регулирование чисто конденсационной тур­ бины имеет целью непрерывно поддерживать равенство между на­ грузкой генератора и мощностью, развиваемой турбиной при со­ хранении постоянства частоты ее вращения. Регулирование теплофикационной турбины обеспечивает не только стабильность числа оборотов, но и регулирование давления отбираемого пара, или противодавления.

Регуляторы, турбин включают датчики, исполнительные и пре­ образовательные элементы, регулирующие органы и органы на­ стройки. Чувствительный элемент регулятора скорости может быть выполнен либо в виде центробежных вращающихся грузов, пере­ дающих движение на гидравлический усилитель, либо в виде гид­ равлического насоса (центробежного или объемного типа — импел­ лера). В последнем случае система регулирования называется гидродинамической. При гидродинамической системе регулирова­ ния чувствительный элемент частоты вращения и его привод более надежны.

В качестве гидравлических усилителей, как правило, исполь­ зуются усилители золотникового типа, а исполнительными элемен-

364

тами служат гидравлические сервомоторы поступательного дви­ жения.

Регулирующие органы турбин изменяют количество тепла, по­ даваемого к турбине путем:

изменения количества подаваемого пара (количественное регу­ лирование);

изменения энтальпии, т. е. работоспособности подаваемого пара (качественное регулирование);

одновременного изменения количества и работоспособности пара (смешанное регулирование).

Количество пара можно изменять с помощью соплового паро­ распределения, открывая или закрывая поочередно часть сопел. Изменение энтальпии можно получить при дроссельном парорас­ пределении, если поток пара дросселировать в одном или несколь­ ких клапанах, изменяя величину их открытия. Смешанное регу­ лирование достигается комбинированным способом.

Существует также об­ водное ' парораспределе­ ние, которое применяет­ ся в комбинации с дрос­ сельным или сопловым и заключается в дополни­ тельном подводе пара к турбине низкого давле­ ния.

В качестве примера на рис. 12.1 приведена схема регулирования теп­ лофикационной турбины с противодавлением и отбором пара. В этом случае турбина работает на генератор переменного тока, вместе с тем пар от турбины подается с раз­ ным давлением к двум тепловым потребителям с

помощью редукционного отборного устройства РОУ. Такие тур­ бины работают по плановому графику. Это означает, что выра­ ботка электроэнергии зависит от расхода пара к тепловым потре­ бителям. .

Система регулирования турбины включает измеритель ско­ рости вращения 5, датчики давления в отборе 7 и за турбиной 10. При пуске турбины скорость вращения с помощью задатчика на­ стройки доводится до номинальной, турбогенератор включается в параллельную работу с сетью, затем механизм настройки уста­ навливается в положение полной нагрузки. При дальнейшей ра­

365

боте турбогенератора датчик скорости не препятствует изменению мощности турбины, воздействуя на золотники датчиков давления.

Датчик давления 10 обеспечивает постоянство давления за тур­ биной. Если противодавление превышает заданное значение, золот­ ники усилителей 6 и 8 передвигаются вверх, что вызывает движе­ ние сервомоторов 4 и 9 вниз. В результате этого'давление пара за турбиной восстанавливается, а давление пара в отборе при этом не изменяется. Последнее обеспечивается' подбором конструктив­ ных соотношений регуляторов и клапанов 1 и 13 части высокого давления ЧВД и части низкого давления ЧНД.

При изменении давления в отборе пара регулятор давления 7 восстанавливает его до заданной величины, управляя только кла­ панами ЧВД. Устойчивость процесса регулирования обеспечи­ вается внутренними жесткими обратными связями 2 и 12, пере­ дающими движение сервомоторов па подвижные втулки золот­ ников 3 и 11.

В рассмотренной схеме регулирование скорости не зависит от регулирования давления, так же как регулирование давления не связано с регулированием скорости.

Наряду с такими схемами имеются схемы связанного регули­ рования, о которых упоминалось в гл. 1.

Автоматизация пуска паротурбогенераторной установки. Пуск паровой турбины является наиболее сложной и ответственной опе­ рацией. Это объясняется тем, что при пуске возникают значитель­ ные температурные напряжения и деформации. Поэтому несоблю­ дение правильности технологии пуска может повлечь серьезную

аварию.

Главной причиной температурных напряжений и деформаций, возникающих при пуске турбины, является неравномерность про­ грева массивных деталей (фланцев, шпилек) и более тонких дета­ лей (стенок цилиндров, ротора). В результате превышения ско­ рости перегрева может произойти: коробление фланцев и релакса­

ция шпилек;

— растяжение втулок из-за остаточной деформации, уменьше­

ние радиальных зазоров;

— возрастание прогиба ротора, возникновение вибраций при его вращении и ряд других серьезных дефектов.

Время пуска паротурбогенераторной установки является, по­ этому более длительным, чем, например, дизель-генераторной,

а технология пуска — более сложной.

По перечисленным причинам управление пуском паротурбоге­ нераторной установки в целом осуществляется вручную с авто­ матизацией лишь части операций.

Автоматизация пуска сводится к:

введению блокировок, обеспечивающих заданную последова­

тельность операций; применению автоматических систем регулирования для управ­

ления вспомогательным оборудованием, напримерподдержанием

366

давления пара коллекторе управления и уровня воды в конден­ саторе;

использованию контролирующих приборов и системы аварий­ ной сигнализации и др.

В качестве автоматических защитных устройств, обеспечиваю­ щих пуск, служат те же автоматические устройства, которые обес­ печивают аварийную защиту паротурбогенератора на установив­ шиеся режимах.

Система аварийной защиты и сигнализации. Эта система осу­ ществляет остановку паротурбогенератора:

— при увеличении числа оборотов выше допустимых. В этом случае предохранительный выключатель (так называемый автомат безопасности) центробежного или бойкового типа при помощи передаточных рычагов перекрывает масло, поступающее в регу­ лятор скорости. Стопорный клапан мгновенно закрывается, пре­ кращая впуск пара в турбину,

— при сдвиге ротора в осевом направлении (обычно в сторону генератора). Для этой цели используется предохранительный выключатель бойкового типа или электромагнитное реле осе­ вого сдвига. При сдвиге ротора в сторону на величину, превышаю­ щую допустимую (например, 0,5 мм), равновесие бойка, находя­ щегося под действием пружины и давления масла, нарушается, так как золотничок, следящий за положением ротора, перекрывает подвод масла. Боек вызывает закрытие стопорного клапана;

—при падении давления масла в системе смазки ниже до­ пустимого;

—при превышении температурой подшипников допустимых

пределов.

На рис. 12.2 представлена принципиальная схема автомата без­ опасности, прекращающего доступ пара к турбине, если число

367

оборотов превышает предельно допустимое значение. При этом боек 1 выходит из своей расточки и ударяет по рычагу 2, расцеп­ ляя его с рычагом 3. Рычаг 3 под действием пружины 4 опускает золотник 5, открывая отверстие на слив масла из буксы 6. Пор­ шень 8 под действием пружины 9 вследствие падения противодав­ ления масла опускается вниз, закрывая клапаном 7 доступ пара к турбине.

Система аварийной сигнализации паротурбогенератора строит­ ся по тому же принципу, что и система аварийной защиты. Звуко­ вая или световая сигнализация срабатывает тогда, когда контро­ лируемые параметры достигают предаварийного значения. При замыкании реле загорается лампочка сигнального табло и одно­ временно включается звонок пли сирена.

§ 12.2. Общие сведения об автоматизации газотурбогенераторных установок

Система автоматизации газотурбогенераторной установки вклю­ чает в себя системы:

автоматического регулирования скорости вращения и антипомпажных устройств;

автоматического или дистанционного пуска, вывода на холо­ стой ход и приема нагрузки;

автоматической сигнализации и защиты (остановки) по дости­ жении контролируемыми параметрами аварийного значения;

автоматического выполнения операций обслуживания.

Системы регулирования выполняются, как правило, гидравли­ ческими. В последние годы получили распространение электри­ ческие и электрогидравлические системы регулирования.

Системы защиты и сигнализации, а также управления пуском (и остановом) выполняются, как правило, из электрических узлов релейно-контактной автоматики и гидравлической золотниковой автоматики, работающей на масле.

Компактность и автономность газотурбинных установок (по сравнению, например, с паротурбинными) создают хорошие усло­ вия для их комплексной автоматизации: Так же как и дизель-гене- раторные, газотурбинные установки могут работать без обслужи­ вания личным составом в течение определенного срока между периодическими осмотрами.

Автоматическое регулирование скорости вращения и антипом-

•пажных устройств. Преобладающими типами ГТУ, изготавливае­ мыми в последние годы, являются следующие:

1. Одновальные ГТУ с одним или двумя компрессорами и про­

межуточным охлаждением.

2. ГТУ с разрезным валом. Выделенная на отдельный вал тур­ бина низкого давления (ТНД) приводит во вращение генератор.

3.Двухвальная ГТУ с двумя компрессорами, двумя турбинами

ипромежуточным подогревом рабочего газа.

.368

Во всех случаях система автоматического регулирования долж­ на поддерживать устойчивую работу ГТУ на всем диапазоне на­ грузок, а также обеспечить необходимую быстроту и качество переходных режимов при резком уменьшении и увеличении на­ грузки. ,

Из перечисленных типов ГТУ наилучшие показатели переход­ ного процесса обеспечиваются одновальной ГТУ. Приемистость одновальной ГТУ, т. е. способность быстро развивать полезную мощность, пропорциональную величине подведенного количества топлива, выше, чем у других типов ГТУ. Последнее в свою очередь объясняется тем, что скорость вращения ротора компрессора одно­ вальной ГТУ остается постоянной па всех режимах.

достигла величины, соответствующей новой повышенной нагрузке, возможно очень большое повышение температуры газа перед тур­ бинами. Поэтому в схемы регулирования вводятся специальные ограничители приемистости, предохраняющие ГТУ от недопусти­ мого увеличения температуры газа перед турбинами.

В некоторых схемах двухвальных ГТУ применяют устройства ограничения приемистости и ограничения величины набрасывания нагрузки.

Существенное значение имеет защита компрессора от помпажа в период переходных процессов. Эту функцию выполняет система регулирования противопомпажных устройств.

Противопомпажный клапан предохраняет осевой компрессор от перехода в неустойчивую зону. Он представляет собой регулятор соотношения расхода и давления. При приближении режима ра­ боты к границе помпажа подается импульс на открытие клапанов, расход через компрессор увеличивается и компрессор переходит в устойчивую зону работы. Управление антипомпажными клапа­ нами можно осуществлять по частоте вращения компрессорного вала.

Регуляторы скорости выполняются либо центробежного, либо импеллерного типа. Импульс к антипомпажному устройству может передаваться через электрический датчик и усилитель.

В качестве командного импульса в ограничителях приемистости может быть использована температура газа перед турбиной или давление воздуха после компрессора.

Автоматизация пуска. Условно период подготовки к пуску и пуска установки можно разделить на три этапа. Первый этап — подготовительные операции. На этом этапе запускается масляный насос, валоповоротные устройства;, циркуляционный насос.

Второй этап —■включение пусковых электродвигателей и увели­ чение скорости вращения до момента включения камеры сгорания.

В течение этого времени мощность турбины значительно меньше мощности, потребляемой компрессорами, поэтому число оборотов увеличивается за счет энергии электродвигателей. В качестве раз­ гонного электродвигателя можно использовать электродвигатель постоянного или переменного тока. Например, для одновальной турбины ГТУ-25-700 в качестве разгонного устройства применяется асинхронный двигатель с фазным ротором. При разгоне в цепь ротора вводятся дополнительные сопротивления, которые по мере повышения оборотов двигателя автоматически выключаются. Эти сопротивления при разгоне непрерывно охлаждаются водой.

Третий этап — зажигание камеры сгорания и выход на режим холостого хода. Зажигание камер сгорания осуществляется при достижении установкой скорости вращения, равной 25—30% номи­ нальной.

В момент включения камеры сгорания мощность турбнйы воз­ растает и через определенное время становится больше мощности компрессоров, при этом электродвигатели отключаются.

Управление пуском строится по принципу очередности прове­ дения операций с контролем либо их окончания, либо параметров,, характеризующих данную операцию, либо времени их протекания.

Например, при пуске двухвальной ГТУ может быть следующая последовательность операций:

1)пуск маслонасоса;

2)пуск валоповоротных устройств;

3)пуск циркуляционного насоса;

4)включение пусковых двигателей и разгон их до числа обо­ ротов зажигания камеры сгорания высокого давления;

5)выдержка в течение определенного времени па этих оборо­

тах для вентиляции тракта; 6) включение (зажигание) камеры сгорания высокого дав­

ления;

7)подъем числа оборотов воздействием па пусковые двига­ тели и на регулирующие клапаны;

8)включение камеры сгорания низкого давления;

9)выход на холостой ход;

10)набор заданной нагрузки.

Вданном случае управление пуском построено по принципу

очередности операций (выполнение предыдущей служит импуль­

сом для начала следующей).

Естественно, что при одновальной установке технологическая последовательность операций проще, так как исключает некото­ рые перечисленные операции.

Автоматизация аварийной защиты. Система защиты и сигнали­ зации двухвальной ГТУ, выполненной из электрических узлов релейно-контактной автоматики и гидравлической золотниковой автоматики, работающей на масле, включает следующие виды защиты:

370