База книг в электронке для ЭНН УТЭК / газотурбинные установки

−регулятор давления "после себя";

−импеллер;

−электромагнитные вентили;

−реле осевого сдвига;

−автоматы безопасности;

−реле давления воздуха.

Воздушные связи системы САР

Воздушные связи обеспечиваютсязасчетизменениядавлениявоздуха:

−в проточной системе;

−в системе предельной защиты.

В каждую из этих систем воздух поступает из системы постоянного давления через одно дроссельное отверстие и далее выпускается в другие отверстия, сечения которых изменяются в устройствах, составляющих элементы САР. В зависимости от соотношения площадей подвода и выпуска воздуха в проточных 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.

111

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, работающих ГПА или от поршневого компрессора с приводом от электродвигателя переменного тока. Перед использованием в системе воздух охлаждается и очищается 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 клапанов используются мембранные пневматические сервомоторы. Основным регулятором в системе является регулятор скорости (РС), поддерживающий заданную частоту вращения вала нагнетателя. Импульсом РС служит напор масла от насоса-импеллера, установленного на валу турбины низкого давления (ТНД). Регулятор скорости снабжен механизмом задатчика частоты вращения (двигателем регулятора скорости – ДРС), подключенным к системе автоматического управления. На работающем агрегате ДРС можно управлять дистанционно

спомощью 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 между регулятором скорости (РС), ограничителем приемистости (ОП), золотником

сэлектромагнитным приводом (ЭМП) малоинерционного регулятора температуры, 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 линии, а оно, в свою очередь, – положение регулирующего (РК) и выпускных клапанов (ВВК1, ВВК2). По мере снижения давления в проточной линии РК прикрывается, а при увеличении давления – открывается.

Воздух в линию предельного регулирования поступает из линии постоянного давления через дроссельную шайбу диаметром 3,3 мм. Эта линия связывает регулятор скорости, электромагнитные вентили ЭМВ1 и ЭМВ2, серводвигатель стопорного клапана, пневматические выключатели (ПВ) автоматов безопасности силовой турбины (АБ ТНД), вала турбокомпрессора (АБ ТВД) и вала турбодетандера (АБ ТД). Давление в линии предельной защиты определяет положение стопорного клапана.

112

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

ватмосферу 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 максимальной температуры (не более 800°С) продуктов сгорания, поступающих в ТВД. Ограничитель приемистости устанавливает максимально возможное открытие РК по подаче топлива в камеру сгорания в зависимости от давления воздуха за компрессором. Работает ОП по принципу ограничения давления воздуха

впроточной линии.

Внагнетании 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 вращения ротора силовой турбины.

Отсечной золотник(ЗО) используется для усиления управляющего импульса к выпускным клапанам. К золотнику подводится воздух из двух линий – постоянного давления и проточной. При снижении давления в проточной линии до 0,04- 0,05 МПа золотник отсекает подвод воздуха из линии постоянного давления к выпускнымклапанам, иониоткрываютсяподдействиемпотокавоздухаизОК.

Вцелях 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 период 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, действующий на тарелку клапана и создающий усилие для его закрытия. СБК закрываются 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 вала ротора на боек АБ действует центробежная сила, которая при частоте вращения ниже допускаемой уравновешивается натяжением пружины. При достижении предельной частоты вращения центробежная сила, действующая на боек, и натяжение пружины выравниваются. Дальнейшее повышение оборотов вызывает увеличение центробежной силы, и боек, сжимая пружину, выходит из вала, ударяет по рычагу, вызывая срабатывание пневматического выключателя (ПВ). В пневматическом выключателе открывается клапан, давление в линии предельного регулирования падает, закрывается стопорный клапан – турбина останавливается. Автоматы безопасности турбодетандера (АБ ТД) и турбокомпрессорного вала (АБ ТВД) воздействуют на один пневматический выключатель. Автомат безопасности силового вала (АБ ТНД) воздействует на свой выключатель. Все три АБ конструктивно оформлены одинаково. Отличаются они только размерами бойка.

114

Кроме бойкового автомата безопасности вал силовой турбины также защищает частотно-электрический АБ с управлением от тахометра. Автоматы безопасности настраиваются на срабатывание при следующих частотах вращения 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 управления. При нажатии на эту кнопку воздух постоянного давления подается к выключателю. 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 турбине. 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 температуры за ТНД и давления воздуха за ОК по формуле:

t1 = B t2 + Kp −C,

где t1 – температура перед ТВД, °С; t2 – температура за ТНД, °С;

р – давление за ОК, МПа; В, К, С – постоянные коэффициенты.

Регулятор температуры воздействует на электромагнитный привод золотника (ЭМП), который в зависимости от своего положения выпускает в атмосферу 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 вращения 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.

115

Датчиком для РС является насос-импеллер, находящийся на валу ТНД. Изменение частоты вращения вала вызывает изменение напора масла в импеллере, пропорциональное примерно квадрату числа оборотов. Напор воспринимается поршнем, нагруженным пружиной. Поршень управляет перестановкой штока, изменяющего сечение отверстия в нижнем торце втулки 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

116

Изменение напора импеллера в РС воспринимается поршнем и штоком, который в верхней части имеет коническую форму и находится внутри отверстия 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 штока имеется отверстие, которое может сверху закрываться клапаном на механизме 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 задания частоты вращения – 5000 об/мин.;

−микровыключатель, сигнализирующий о положении задатчика на минимальных рабочих оборотах – 3300 об/мин.

Принцип работы

Перед пуском шток со втулкой находятся на нижних упорах, клапан поднят 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 конусной 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 прекращается, давлениевоздухавэтойсистеме растет, чтоприводиткоткрытиюСК.

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 остаются 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 штоком начнут перемещаться вверх. Это соответствует оборотам ТНД 3000 об/мин. С этого момента РС вступает в работу. При оборотах ТНД 3300 об/мин. срабатывает 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;

117

−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 закрытие РК будет увеличиваться, то шток может открыть выпуск воздуха проточной 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, установленное механизмом задатчика. Когда частота вращения с учетом имеющейся 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 отверстие 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: основной поток – к РК и незначительное количество – к дежурной горелке. Стопорный клапан управляется давлением воздуха предельной защиты с помощью мембранного пневматического сервомотора и ускорителя. В закрытом положении 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.

118

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 сечения дросселя (1,5 мм) быстро увеличивается. Этим давлением пластина прижимается 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 примерно через 5-10 сек. открывается. При этом пластина все время будет прижиматься 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 надмембранной, 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.

119

Регулирующий клапан

Предназначен для регулирования количества топливного газа, поступающего 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 оказывается усилие на закрытие РК, а с другой – на смещение центра управляющего элемента. На наружной поверхности буксы имеются три проточки:

−верхняя проточка соединена с атмосферой;

−средняя проточка соединена с подмембранной полостью сервомотора РК;

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

120