Система регулирования
Функциями агрегатных систем автоматического регулирования и защиты являются:
- поддержание заданного режима эксплуатации ГПА при индивидуальной и совместной работе с другими агрегатами;
- предохранение ГПА от резких изменений рабочих параметров при переходных процессах;
- обеспечение изменения частоты вращения роторов в рабочем диапазоне;
- поддержание заданного перепада давлений «масло - газ» в уплотнении нагнетателя;
- поддержание заданной температуры масла в маслосистеме;
- управление регулирующими органами ГПА и пусковым устройством во время пуска и останова;
- регулирование противообледенительной системы компрессора;
- обеспечение защиты от возможных аварий (превышение частоты вращения, осевые сдвиги роторов, падение давления масла на смазку, помпаж нагнетателя или компрессора и др.).
Система автоматического регулирования (САР) взаимосвязана с агрегатными системами: масляной, автоматического управления (САУ) и ее подсистемами (контроля, защиты). В отечественных ГГПА применяют в основном гидравлическую (гидромеханическую, гидродинамическую), электрогидравлическую и электропневматическую системы регулирования. Конструктивный облик используемых систем соответствует сложившемуся на заводе-изготовителе и применяемому для других энергетических машин. Конструктивный облик САР ГГПА с транспортными ГТД заметно отличается от облика САР ГГПА со стационарной ГТУ в связи с требованиями минимальной массы. Гидравлические системы регулирования имеют по сравнению с другими типами САР наибольшую массу и наименьшую стоимость. В транспортных ГТД используют электронные и пневмонические САР. С 1978 г. агрегаты НЗЛ оснащаются пневматической (пневмогидравлической) системой регулирования. Она характеризуется большей пожаробезопасностью и простотой в изготовлении.
К САР ГГПА предъявляют следующие требования: стабильность характеристик в течение всего периода эксплуатации; быстродействие; технологичность при изготовлении, эксплуатации и ремонте; легкость настройки и контроля; автономность (независимость от внешних источников питания); безопасность; возможность дистанционного управления.
Режим работы ГГПА может быть задан давлением на выходе из нагнетателя, частотой вращения силового вала, температурой продуктов сгорания и т. д. Все приводные ГТУ обычно оснащают регулятором скорости, который поддерживает заданную частоту вращения силовой турбины через передаточную связь путем изменения открытия регулирующего (топливного) клапана. Распространены гидравлические регуляторы скорости, представляющие собой либо масляный насос, либо безрасходный импеллер, воздействующий на мембранно-ленточную систему (ГТУ ТМЗ), или подпружиненный поршень (ГТУ НЗЛ). Достоинства мембранно-ленточного регулятора - большая чувствительность (нет трения) и ненадобность в обслуживании и ремонте; недостаток - зависимость его характеристики от температуры масла. Применяют также электрические регуляторы скорости, получающие импульс от звездочки на регулируемом валу.
За счет трения, люфтов и зазоров в передаточных звеньях системы регулирование частоты вращения получает нечувствительность, которая при любой нагрузке не должна превышать 0,3 % номинальных оборотов (ГОСТ 21149-82). В двухвальных ГТУ, имеющих регулируемый сопловой аппарат силовой турбины (РСА СТ), регулируют частоту вращения компрессорного вала за счет воздействия на угол установки лопаток РСА. Это же устройство (РСА СТ) может быть использовано для улучшения динамических характеристик ГТУ, т. е. для повышения качества переходных процессов.
Многие ГТУ снабжают регулятором давления, с помощью которого поддерживают заданное давление на выходе из нагнетателя, но чаще его используют как предельный регулятор (ограничение максимального давления).
Газотурбинные установки оснащают также регуляторами температуры газа перед КС, которые либо ограничивают максимально допустимую температуру, либо поддерживают заданную температуру за турбиной. Используют малоинерционные регуляторы температуры газа. В качестве датчиков применяют малоинерционные термопары. Поскольку инерционность промышленных термопар все же велика, современные системы реагируют на производную от температуры по времени, что дает снижение запаздывания.
В ГТУ с одним регулирующим фактором (топливным клапаном) можно регулировать только один параметр, например температуру газа или частоту вращения силовой турбины или давление за нагнетателем. Если нагрузка ГТУ определяется регулятором скорости, то регуляторы давления и температуры работают в режиме ограничения.
В гидродинамических системах регулирования импульс от регулятора усиливается с помощью золотников и подается на сервомотор. Для повышения чувствительности золотники выполняют вращающимися, а масло в таких системах должно обязательно проходить через фильтры тонкой очистки. Сервомотор (обычно поршневой) воздействует на регулирующий топливный клапан, а в ГТУ с РСА силовой турбины - второй сервомотор - и на угол установки сопловых лопаток. Сервомоторы бывают односторонними, когда с одной стороны действует давление масла, а с другой - пружина, и двусторонними, когда масло подается с обеих сторон. Последние требуют большего расхода масла. Регулирующий клапан, на который непосредственно воздействует сервомотор, изменяет количество газа, поступающего к горелкам. Для придания клапану характеристики, близкой к линейной (расход клапана), используют конусные поверхности в проходных сечениях клапана.
Для запуска ГТУ служит специальный пусковой или дежурный клапан. Управляет этим клапаном специальный регулятор пуска, который дозирует подачу топлива в КС в зависимости от давления воздуха за компрессором, следовательно по расходу воздуха. Начальное открытие пускового клапана определяет температуру воспламенения, а последующее его открытие - температуру при разгоне газогенератора. Открытие регулирующего клапана, проходные сечения которого значительно больше, чем пускового, начинается после полного открытия последнего, когда расход воздуха велик.
Система автоматического регулирования имеет также регулятор или ограничитель приемистости (у ГТУ ТМЗ - регулятор соотношения), который ограничивает ход регулирующего клапана при переходных процессах, исключая чрезмерные забросы температур. Он работает стабильно только при постоянном давлении топливного газа.
При запуске ГПА система регулирования включает, а по окончании работы пускового двигателя выключает расцепную муфту от турбодетандера к ротору компрессора.
Система автоматического регулирования выполняет функции регулирования осевого компрессора на пусковых режимах, открывая и закрывая клапаны выпуска воздуха из промежуточной ступени компрессора и за ним. Такие клапаны называют сбросными, так как их открытие при полном сбросе нагрузки позволяет снизить динамический заброс оборотов силового вала и уменьшить температурные напряжения в высоконагретых деталях ГТУ. Выпускные воздушные клапаны из промежуточной ступени в стационарных ГТУ выполняют односедельными; конструктивному устройству их свойственно большое разнообразие. За компрессором в связи с большим давлением воздуха клапаны - двухседельные, разгруженные от больших усилий.
Как низконапорные, так и высоконапорные одновальные осевые компрессоры, имеющие обычно регулируемый входной направляющий аппарат и поворотные лопатки первых ступеней, управляются в зависимости от давления воздуха за компрессором или по физической (иногда приведенной) частоте вращения. Регулируемый входной направляющий аппарат позволяет улучшать динамические характеристики ГТУ. При наличии регулируемых направляющих аппаратов нескольких ступеней целесообразно осуществлять управление ими на всех режимах, что позволяет за счет оптимизации к. п. д. компрессора и турбины привода компрессора несколько снизить расход топлива.
Противообледенительную систему компрессора регулируют путем изменения количества подмешиваемого горячего воздуха или продуктов сгорания к засасываемому атмосферному воздуху. Противопомпажное регулирование нагнетателя заключается в том, что при опасности помпажа открывают кран рециркуляции газа. Самостоятельное ответвление САР - регулирование перепада давлений «масло - газ» в уплотнениях нагнетателя. Желательно поддерживать перепад в пределах 3-5 % давления газа. Это осуществляют с помощью специального регулятора гидравлического типа. Слив загазованного масла из уплотнений нагнетателя происходит через автоматически действующую поплавковую камеру. Регулирование температуры масла представляет собой также самостоятельно функционирующую подсистему САР. Регулирующие средства были отмечены выше.
Недостаток гидродинамических систем регулирования - необходимость использования масла повышенного давления, чем создается потенциальный источник повышенной пожарной опасности. Поэтому большое внимание уделяют электрогидравлическим и электропневматическим, а также электронным САР.
Неотъемлемая часть САР - механические и гидравлические защитные устройства. Главная исполнительная часть всех защит - стопорный клапан, перекрывающий подачу топливного газа при аварийных и нормальных остановах. Он представляет собой двухпозиционный клапан с небольшим гидравлическим сопротивлением, управляемый простым сервомотором. Одновременно со стопорным закрывают регулирующий и дежурный клапаны, а система защиты воздействует на краны обвязки нагнетателя. Стопорный, регулирующий и дежурный клапаны обычно конструктивно объединяют в единый блок.
Механические (бойковые) автоматы безопасности представляют собой устанавливаемые на валах и удерживаемые пружиной стержни из закаленной стали, резко выдвигающиеся из своих гнезд при превышении частоты вращения и воздействующие на рычаги системы защиты. В связи с большой важностью этой защиты для силового вала ее дублируют электрической или гидродинамической.
Масляное реле осевого сдвига ставят на каждом из роторов ГГПА. Оно представляет собой сопло, из которого вытекает масло через кольцевой зазор на специально предназначенную торцевую поверхность ротора. При изменении зазора между соплом и поверхностью меняется и давление масла перед соплом, на что реагирует реле давления или электроконтактный манометр. Такая защита имеет нелинейную характеристику, но является очень надежной. Используют и электрические реле осевого сдвига.
Функции САР и защиты тесно переплетаются с функциями САУ.
Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 527;