книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

режимов обеспечивается, как при сопловом регулировании, полным открытием соответствующей комбинации сопловых клапанов, а про­ межуточные режимы между ними — посредством дросселирования части пара в одном из сопловых клапанов или всего пара, поступаю­ щего в турбину, в маневровом клапане. Дросселирование части пара в одном из сопловых клапанов экономически целесообразнее, чем всего пара в маневровом клапане.

Соплово-дроссельное регулирование обеспечивает плавное изме­ нение мощности от нуля до максимальной.

то же на режимах частич­ ных нагрузок.

Обводное регулирование. При обводном регулировании мощ­ ности изменение расхода пара осуществляется изменением числа работающих ступеней. На рис. 219, с показана схема регулирования мощности ГТЗА с двумя обводами. Наибольшую мощность турбо­ агрегат развивает при открытом клапане /, когда число работающих ступеней минимально и расход пара максимальный. При подводе па.ра через клапаны 2 или 3 число включенных ступеней увеличи­ вается, сопротивление проточной части турбины возрастает, а расход пара и мощность уменьшаются. В приведенной схеме регулировоч­ ная ступень работает только при подводе пара через клапан 3. В остальных случаях пар к последующим ступеням подводится как бы извне, поэтому такая схема называется схемой с внешним обво­ дом.

На рис. 219, б представлена схема, в которой предусматривается работа регулировочной ступени на всех режимах. На режиме пол­ ного хода группы ступеней А и Б обводятся и пар после регулиро­ вочной ступени по обводному каналу через открытый клапан 4 под­ водится к ступеням полного хода В. При закрытом 4 и открытом 5

330

ступени турбины. Этим обеспечиваются режимы частичной нагрузки ГТЗА.

Схема регулирования мощности, приведенная на рис. 219, б, называется схемой с внутренним обводом. Обводное регулирование обычно комбинируется с соплово-дроссельным регулированием на режимах, на которых работает регулировочная ступень.

Обводное регулирование нашло широкое применение в кора­ бельных ГТЗА, к которым предъявляются требования обеспечения высокой экономичности на уменьшенных ходах. Включение допол­ нительных ступеней, которые обводятся на режиме полного хода,

Обводное регулирование иногда используют также в ГТЗА быстроходных пассажирских судов в виде внешнего обвода одной или нескольких первых ступеней на режиме максимального, а иногда и полного хода.

Другие способы регулирования. Помимо рассмотренных способов регулирования мощности турбоагрегатов и энергетических устано­ вок в целом, в практике находят применение и некоторые специаль­ ные способы регулирования с целью улучшения экономических по­ казателей. К ним относятся:

—регулирование изменением параметров пара в парогенера­

торе;

—комбинирование параллельно-последовательного включения ступеней по току пара;

—отключение части турбоагрегатов.

При регулировании изменением параметров пара в парогенера­ торе параметры изменяются плавно (скользящие параметры пара) или ступенчато. Изменение начальных параметров влечет за собой изменение расхода пара и располагаемого теплоперепада, а следо­ вательно, и мощности турбоагрегата.

Комбинирование параллельно-последовательного включения ступеней предусматривает возможность в зависимости от режима работы включать некоторые группы ступеней по току пара последо­ вательно или параллельно. При параллельном включении групп ступеней площадь проходных сечений увеличивается, расход пара растет и агрегат развивает большую мощность. На малых ходах пар проходит последовательно все ступени, что соответствует уменьшению площади проходных сечений и расхода пара. По существу, этот спо­ соб регулирования аналогичен применению ступеней уменьшенного хода, но позволяет исключить холостое вращение этих ступеней на режимах, близких к полному ходу.

Регулирование эффективной мощности энергетической уста­ новки в целом отключением части турбоагрегатов возможно в многовальных установках.

§ 68

Системы управления и регулирования ГТЗА

Органы управления. Управление ГТЗА (пуск, реверс, регулирование мощности, остановка) осуществляется с по­ мощью органов управления. Органами управления ГТЗА являются маневровое устройство и сопловая коробка регулировочной ступени

ссопловыми клапанами, а при обводном регулировании мощности —

иобводные клапаны.

Маневровое устройство (рис. 220) включает четыре клапана, скомпонованные в общей клапанной коробке: маневровые клапаны переднего 4 и заднего 2 хода, быстрозапорный клапан 3 и разобщи-

332

тельный клапан /. Разобщительный клапан служит для предотвра­ щения попадания пара в турбину заднего хода в случае неплотности маневрового клапана заднего хода и при длительном переднем ходе закрыт.

Быстрозапорный клапан служит для мгновенного отключения турбоагрегата от главного паропровода при срабатывании автома­ тической системы защиты.

Маневровые клапаны переднего и заднего хода обычно блоки­ руют, с тем чтобы исключить возможность открытия второго клапана при открытом одном из них. В последнее время, однако, специальные

4

Рис. 220. Схема маневрового устройства ГТЗА.

исследования показали, что даже одновременное открытие маневро­ вых клапанов переднего и заднего хода (контрпар) не представляет особой опасности для ГТЗА, так как при этом наблюдается значи­ тельное падение давления пара в сопловых коробках. По этой при­ чине в новейших ГТЗА современных судов блокировка маневровых клапанов не предусматривается.

Клапаны управления ГТЗА при больших размерах снабжают разгрузочным устройством с целью уменьшения усилия, необхо­ димого для их открытия.

Ручное управление. Для ГТЗА характерной особенностью работы является то, что вследствие механической связи с гребным винтом, погруженным в воду, турбины всегда вращаются под нагрузкой. Вместе с турбиной вращается винт, валопровод, шестерни и колеса зубчатой передачи, муфты. Эта совокупность элементов обладает большой инерцией вращения. По этим причинам ГТЗА сравнительно

при качке судна на волнении). Это проявляется в сравнительно мед­ ленном изменении частоты вращения.

333

В то же время при изменении расхода или параметров пара сис­ тема турбины—передача—движитель переходит на новый устойчи­ вый режим, характеризующийся своим моментом на валу двигателя и своей частотой вращения.

Указанные обстоятельства послужили причиной широкого рас­ пространения ручной системы управления и регулирования ГТЗА. При ручной системе задание и поддержание необходимого режима работы осуществляется путем ручного воздействия на органы управ­ ления.

Различают ручное индивидуальное и централизованное управ­ ление.

При индивидуальном управлении все органы управления имеют индивидуальные, обычно механические, приводы. Управление и регулирование мощности осуществляется путем открытия и закрытия

внеобходимой комбинации сопловых или обводных клапанов. Небольшие изменения нагрузки достигаются дросселированием пара

вманевровом или одном из сопловых клапанов. Индивидуальное ручное управление допускает много различных комбинаций поло­ жений регулирующих клапанов, в том числе и нерациональные, и требует при маневрировании напряженного внимания со стороны обслуживающего персонала.

При ручном централизованном управлении приводы клапанов объединяются таким образом, чтобы одним задатчиком режима осуществлялось управление несколькими клапанами. В данном случае управление турбоагрегатом во всем интервале режимов — от полного переднего хода до полного заднего — осуществляется с помощью двух или трех маховиков, вынесенных на центральный пост управления. Передача от маховиков к клапанам обычно меха­ ническая, но бывает и гидравлической. При вращении маховика в одном направлении осуществляются в определенной запроектиро­ ванной последовательности все предусмотренные наиболее рацио­ нальные комбинации положений управляющих клапанов, соот­

возможность ошибочного включения нежелательной сопловой ком­ бинации.

с автоматическим поддержанием заданной частоты вращения тур­ бин, а следовательно, и гребного вала в некотором диапазоне ходо­ вых режимов судна. Диапазон автоматического регулирования обычно охватывает сравнительно узкую полосу режимов вблизи полного хода.

Системы защиты. Система защиты турбоагрегатов предназначена для предотвращения аварий в случае нарушения нормальных усло­ вий эксплуатации. Система защиты предусматривает автоматическое отключение и остановку агрегата путем полного закрытия быстрозапорного клапана в некоторых опасных для дальнейшей работы случаях.

334

В большинстве ГТЗА система защиты срабатывает:

— при возрастании частоты вращения до некоторой предельной

—при понижении вакуума (возрастании давления) в главном конденсаторе;

—при осевом сдвиге ротора любого из корпусов турбины до

некоторого предельного положения.

В открытом положении быстрозапорный клапан удерживается благодаря давлению силового масла на поршень его сервомотора. При этом поршень, сжимая пружину, занимает крайнее положение.

сервомотора, и одновременно эта полость отключается от напорной магистрали. Полость сервомотора опорожняется, давление масла в ней падает и поршень пружиной перемещается в противоположное крайнее положение. Быстрозапорный клапан, имеющий общий

споршнем сервомотора шток, при этом закрывается.

ВГТЗА с автоматизированной системой управления и регули­ рования последняя обычно совместно с системой защиты образуют

единую автоматизированную систему управления, регулирования и защиты.

§ 69

Системы управления и регулирования турбогенераторов

Турбины, предназначенные для привода электро­ генераторов, должны работать при одной постоянной частоте вра­ щения (турбогенераторы судовых электростанций, главные турбо­ генераторы постоянного тока) или при различных частотах вращения, но постоянных на каждом из режимов (главные турбогенераторы переменного тока).

Турбогенераторы в отличие от ГТЗА обладают значительно меньшей инерцией вращения и более чувствительны к изменению нагрузки. Для поддержания заданной частоты вращения турбо­ генераторов применяют автоматическую систему регулирования. Основным элементом этой системы является регулятор ско­ рости.

Регулятор скорости автоматически поддерживает заданную час­

генераторах обычно гидравлической) передает импульс сервомотору, который, воздействуя на органы управления — клапаны, приводит в соответствие с нагрузкой расход пара в турбине.

335

вызывает одновременно возвратное перемещение золотника 3. Однако прежде чем золотник 3 вернется в нейтральное положение, золотник 2, также смещающийся при движении поршня, перекроет доступ масла к сервомотору, и поршень остановится.

Вследствие начавшегося разгона машины изменяется импульс (например, частота вращения, давление воздуха за компрессором), воздействующий на золотник 2, золотник переместится вправо, откроет доступ масла в сервомотор и его поршень вновь получит движение. Процесс разгона закончится тогда, когда поршень, пере­ мещаясь влево, настолько сместит вправо золотник 3, что он пере­ кроет каналы к полостям цилиндра сервомотора.

Рабочее

Регулятор приемистости относится к числу так называемых разгонных устройств, предназначенных для осуществления маневри­ рования. Наряду с разгонными устройствами в судовых ГТУ находят применение также стабилизирующие регуляторы, служащие для поддержания в заданных пределах регулируемого параметра.

Системой защиты ГТУ предусматривается предупреждение с помощью сигнализации или автоматическое выключение подачи топлива при появлении неисправностей или превышения допустимых значений параметров. Обычно система защиты срабатывает:

—при повышении допустимой частоты вращения турбины винта;

—при чрезмерном повышении температуры газа за камерой сгорания;

—при падении давления масла в системе смазки;

—при падении давления охлаждающей воды.

Системы регулирования и защиты турбогенераторов судовых электростанций. Вспомогательные ГТУ, применяемые для привода генераторов электрического тока, обычно выполняются одновальными, т. е. вал турбокомпрессора непосредственно связан с валом генератора. Поддержание требуемой частоты вращения турбогене­ ратора обеспечивается регулятором скорости. Регулятор содержит

чувствительный элемент (датчик), измеряющий частоту вращения ротора турбокомпрессора, и сервомотор со сливным топливным регулирующим органом и гидравлической обратной связью.

При возрастании частоты вращения импульс от датчика воздей­ ствует на золотник сервомотора, поршень сервомотора перемещается и, увлекая иглу топливного регулирующего органа, увеличивает слив топлива из напорной магистрали топливного насоса. Подача

масла над поршнем увеличивается и поршень, сжимая пружину 6, перемещается вниз; при перемещении штока вверх, давление над поршнем благодаря наличию дросселя / уменьшается и под действием пружины поршень перемещается вверх. Каждому положению рычага и штока соответствует определенное положение поршня и давление масла над поршнем, а давление над поршнем определяет положение поршня 7 пружинного сервомотора, связанного с регулирующим устройством.

§ 71 Пуск и реверс ГТУ

Пусковые устройства. Пуск ГТУ осуществляется специальным пусковым устройством, состоящим из пускового дви­ гателя, передачи, связывающей пусковой двигатель с ротором турбо-

338

компрессора, системы подачи и зажигания топлива. Передача снабжается устройством для отключения пускового двигателя после разгона ротора турбокомпрессора. Система подачи и зажигания топлива пускового устройства предназначена для впрыскивания и зажигания топлива вне зависимости от основной системы, имеющей обычно привод от турбины.

Вкачестве пусковых двигателей ГТУ находят применение газовая турбина, паровая турбина и электродвигатель.

Внебольших ГТУ вспомогательного назначения возможно при­ менение ручного пуска.

Пусковая газовая турбина имеет свою камеру сгорания и турбо­ компрессор, т. е. пусковой двигатель представляет собой небольшой газотурбинный двигатель — ГТУ простого цикла с электрическим пусковым устройством небольшой мощности.

Паровая турбина, служащая для пуска ГТУ, получает пар от

. вспомогательного парогенератора. Турбина выполняется активной одноступенчатой с одноили двухвенечным колесом.

Наиболее распространены электрические пусковые устройства с использованием электродвигателей постоянного или переменного тока.

Мощность пускового двигателя наиболее часто лежит в пределах 2—5% от номинальной мощности ГТУ.

Реверс и реверсивные устройства. Реверс с помощью специальной турбины заднего хода, являющийся наиболее простым в паротурбин­ ных установках, в турбокомпрессорных ГТУ ввиду ряда причин не получил распространения. Во-первых, ступени ТЗХ при работе ГТУ на передний ход должны вращаться вхолостую в среде сравни­ тельно высокой плотности (в ГТУ открытого цикла — при давлении,

Во-вторых, вследствие больших объемных расходов рабочего тела в ГТУ возникают трудности конструктивного порядка в выполнении на большие проходные сечения надежных устройств для переключе­ ния потока газов на ТЗХ или отключения ее. Высокие температуры газа очень усложняют задачу обеспечения необходимой плотности этих устройств.

Кроме перечисленных факторов, реверс с помощью ТЗХ в ГТУ связан с необходимостью резкого изменения режима или даже выклю­ чения турбокомпрессора на некоторый небольшой промежуток вре­ мени.

Турбины заднего хода применяют в ГТУ с СПГГ, которые имеют ограниченную мощность и работают при значительно меньших избытках воздуха, вследствие чего объемные расходы газа в турбине невелики.

В турбокомпрессорных ГТУ возможно использование следующих способов реверса:

— газового, с применением двухъярусных рабочих лопаток осевой турбины, соединяемой с винтом; сопловой аппарат также