Устройство и работа системы автоматического регулирования ГТК-10-4

Назначение системы

Основная задача системы регулирования - поддержание заданного режима работы газотурбинной установки, т.е. обеспечение требуемой мощности при установлении частот вращения валов турбин и температуры продуктов сгорания ниже предельно допустимых значений. Необходимая мощность турбины, частота вращения силового вала и температура перед турбиной регулируются САР путем изменения количества топлива, подаваемого к горелкам камеры сгорания.

Важнейшей функцией, выполняемой САР, является экстренная остановка турбины в ситуациях, предвещающих аварию: при возникновении осевого сдвига валов на 0,8 - 1 мм, при достижении максимально допустимой частоты вращения валов турбины высокого давления (5300 мин^-1), турбины низкого давления (5350 мин^-1) и турбодетандера (9100 мин^-1) и т.д.

В САР предусмотрена защита осевого воздушного компрессора от помпажа. Кроме того, во время пуска САР осуществляет автоматическое управление сцепной муфтой турбодетандера и клапаном на подаче пускового газа; предотвращает зажигание факела в камере сгорания до ее продувки воздухом.

Устройство системы регулирования

Система автоматического регулирования выполнена по схеме непрямого регулирования с пневматическими серводвигателями и усилителями (Рис.6.1). Воздух для работы серводвигателей поступает из воздушного станционного коллектора. Перед использованием в системе воздух охлаждается и очищается в блоке воздухоподготовки, а также регулируется до давления 0,14 МПа. Это давление поддерживается регулятором давления "после себя". Вентиль на подводящем трубопроводе к регулятору используется для отключения подачи воздуха к системе, когда агрегат надолго выведен из работы.

Основными регулирующими органами системы являются стопорный и регулирующий клапаны, положение которых определяет количество газового топлива, подводимого из станционного коллектора к камере сгорания. В топливном коллекторе станционными средствами поддерживается давление 1,5 МПа. В качестве привода этих клапанов используются мембранные пневматические сервомоторы.

Основным регулятором является регулятор скорости, поддерживающий заданную частоту вращения вала нагнетателя. Импульсом регулятору служит напор от масляного насоса – импеллера, установленного на силовом валу турбины. Регулятор скорости снабжен механизмом задатчика частоты вращения, подключенным к системе автоматического и дистанционного управления. Максимальная температура перед турбиной ограничивается с помощью ограничителя приемистости.

Основные связи в пневматической системе обеспечиваются двумя рабочими линиями – проточной и предельной защиты.

В проточную линию воздух поступает из коллектора постоянного давления через дроссельную шайбу диаметром 4 мм. Проточная линия осуществляет связь между гидродинамическим регулятором скорости, ограничителем приемистости, отсечным золотником, золотником с электромагнитным приводом малоинерционного регулятора температуры и серводвигателем регулирующего клапана. В регуляторе скорости и ограничителе приемистости воздух из проточной линии может выпускаться в атмосферу. Количество выпускаемого воздуха определяет давление в проточной линии, а оно, в свою очередь, положение регулирующего и выпускных клапанов. При давлении около 0,12 МПа, когда выпуск воздуха практически отсутствует, регулирующий клапан полностью открыт, а воздушные выпускные клапаны закрыты. По мере снижения давления регулирующий клапан будет прикрываться и закроется при давлении около 0,06 МПа. При дальнейшем снижении давления перестанавливается отсечной золотник и открываются выпускные клапаны. Произойдет это при давлении 0,04 - 0,05 МПа.

Воздух в линию предельной защиты подведен через дроссельную шайбу диаметром 2,5 мм. Этой линией связаны гидродинамический регу - лятор скорости, электромагнитные клапаны ЭМВ-1 и ЭМВ-2, выключатель автомата безопасности турбины высокого давления и турбодетандера, выключатель автомата безопасности силовой турбины (ТНД) и сервомотор привода стопорного клапана. Давление в этой линии определяет положение стопорного клапана. Клапан открыт, если выпуск воздуха из линии перекрыт и давление в ней поддерживается постоянным 0,14 МПа. При открытии выпуска воздуха в одном из перечисленных устройств давление в линии снижается и стопорный клапан закрывается.

Противопомпажная защита воздушного компрессора осуществляется частичным выпуском воздуха при запуске ГТУ через сбросные клапаны, установленные за 4 ступенью компрессора.

Пневматический ограничитель приемистости используется для ограничения подачи топлива в камеру сгорания, а следовательно, и максимальной температуры в зависимости от давления воздуха за компрессором.

Защита от осевого сдвига валов агрегата выполнена с помощью пневматических реле осевого сдвига соплового типа и электроконтактных манометров.

Помимо основной задачи (регулирования подачи топлива, предохранения от помпажа, аварийного отключения) система регулирования управляет сцепным устройством турбодетандера и клапаном на подаче пускового газа.

Рис. 6.1. Система регулирования газотурбинной установки:

ПВ-воздух проточный; ВПЗ-воздух предельной защиты;

ВПД-воздух постоянного давления

Предпусковое состояние САР

Перед пуском ГТУ органы регулирования занимают следующие положения.

В регуляторе скорости мембрана и букса пружинами смещены к нижнему упору, а управляющий клапан поднят вверх. Гидравлический поршень и золотник пружиной опущены к нижнему упору. Через верхнее отверстие в буксе, открытое управляющим клапаном, воздух из линии предельной защиты выпускается в атмосферу. Давление в этой линии низкое и стопорный клапан пружинами в пневмоприводе удерживается в закрытом положении. Между нижней кромкой буксы и золотником открыто достаточно большое отверстие, через которое из проточной линии воздух выпускается в атмосферу. Давление в линии низкое, и регулирующий клапан закрыт.

Импульсные клапаны на воздушных выпускных клапанах открыты, но тарелки этих клапанов пружинами опущены вниз и закрывают выход из нагнетания компрессора в атмосферу.

Отсутствует напряжение на всех электромагнитных вентилях ЭМВ 1-5, и они закрыты. Таким образом, выпуск воздуха из линии предельной защиты через ЭМВ 1-2 перекрыт. Перекрыта ЭМВ 3-я подача масла к расцепному устройству турбодетандера. Сцепное устройство отключено, а клапан на пусковом газе закрыт.

В золотнике с электромагнитным приводом малоинерционного регулятора температуры и ограничителе приемистости отверстия для выпуска воздуха из проточной линии перекрыты.

Выключатели автоматов безопасности взведены. Выпуск воздуха предельной защиты через выключатели перекрыт.

Последовательность работы САР при пуске турбины

Пуск турбины начинается с включения пускового и маслонасоса уплотнения. Открывается электромагнитный вентиль ЭМВ-5, подавая воздух из станционного коллектора в систему регулирования. При повышении давления на смазку подшипников турбины до 0,05 МПа и на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя до 0,3 МПа включается (встает в дежурный режим) защита по давлению масла смазки. Включается электродвигатель регулятора скорости (ДРС) на непрерывное вращение “НИЖЕ”. В регуляторе скорости клапан опускается вниз до упора в буксу. Закрывается сброс воздуха из линии предельной защиты. Давление в этой линии увеличивается до величины 0,14 МПа, и стопорный клапан открывается.

Включается валоповоротное устройство (ВПУ), и ротор турбокомпрессора страгивается с места. Подается напряжение к электромагнитному вентилю ЭМВ-3. Масло от пускового насоса поступает в рабочую полость сцепного устройства. Поршень, сжимая пружину, передвигается и вводит в зацепление шестерню вала турбодетандера с шестерней на валу турбокомпрессора. После остановки поршня в крайнем положении имеющееся в нем отверстие совместится с отверстием в крышке корпуса расцепного устройства. Масло из рабочей полости под давлением поступит к клапану 13. Клапан откроется, и турбодетандер начнет разгонять вал турбокомпрессора.

С увеличением частоты вращения вала ТВД отключается валоповорот, и затем по сигналу реле давления воздуха за компрессором зажигается факел в камере сгорания.

На четвертом этапе пуска при появлении сигнала - температура за ТНД не ниже 100 °С - включается ДРС на непрерывное вращение, и клапан в регуляторе скорости перемещается в направлении “ВЫШЕ”. Усилием от давления воздуха предельной защиты под мембраной букса перемещается вслед за клапаном. Щель между золотником и нижней кромкой буксы прикрывается, и давление воздуха в проточной линии повышается. Когда давление в ней поднимается до 0,04-0,05 Мпа, переставляется отсечной золотник (ЗО) и подает воздух из линии постоянного давления на закрытие импульсных клапанов воздушных выпускных клапанов (ВВК). Полости над тарелками ВВК отсекутся от атмосферы, и клапаны будут принудительно закрыты не только усилием пружин, но и давлением воздуха над тарелками, равным давлению за компрессором.

При повышении давления в проточной линии до 0,06 МПа. открывается на 1,5 мм регулирующий клапан, загораются основные горелки в камере сгорания. Турбина прогревается.

Двигатель регулятора скорости переключается на импульсное вращение “ВЫШЕ”. Регулирующий клапан постепенно открывается. Увеличивается частота вращения валов ТВД и ТНД.

Ограничитель приемистости (ОП) по давлению воздуха за компрессором приоткрывает сброс воздуха в проточной линии, ограничивая тем самым скорость открытия РК.

При частоте вращения вала ТВД примерно 2500 мин^-1 турбина становится самоходной. По сигналу реле скорости системы управления закроются краны подачи пускового газа к турбодетандеру и отключится напряжение от ЭМВ-3, управляющего сцепным устройством. Подвод масла прекратится. Усилием пружины поршень в сцепном устройстве выведет из зацепления шестерни. После того как поршень снимается с упора, трубопровод к клапану пускового газа через открывшееся поршнем в крышке отверстие сообщится со сливом. Клапан 13 закроется. Турбодетандер остановится. Во избежание разгона вала турбодетандера газом, оставшимся в трубопроводе, перекрытие клапана 13 происходит быстрее, чем расцепление шестерен.

Когда частота вращения вала турбокомпрессора достигнет 3900-4400 мин^-1, компрессор выйдет из зоны “запрещенных” оборотов, при которой опасность помпажа будет отсутствовать. Сбросные клапаны (СБК) от действия на них давления воздуха автоматически закроются.

Пуск заканчивается, когда на силовом валу установится минимальная частота вращения 3300 мин^-1. Двигатель регулятора скорости останавливается. Управление ДРС с этого момента возможно с пульта управления ГПА. Поддержание заданной частоты вращения силового вала будет осуществляться автоматически регулятором скорости.

Работа САР при поддержании заданной скорости силового вала

Поддержание заданной частоты вращения силового вала (в пределах от минимальной - 3300 мин^-1 до максимальной- 5000 мин^-1) осуществляется следующим образом. Если по какой-либо причине частота вращения ТНД снизится, то из-за уменьшения напора на импеллере поршень в регуляторе скорости опустится вниз. Выпуск воздуха из проточной линии уменьшится, давление в ней возрастет. Регулирующий клапан приоткроется, и снижение частоты вращения прекратится.

При повышении частоты вращения ТНД регулятор скорости действует в обратном порядке. Снижается давление в проточной линии, и регулирующий клапан прикрывается. Неравномерность работы регулятора скорости при номинальной частоте вращения составляет 4-5%. При работе агрегата давление в проточной линии изменяется в пределах от 0,06 до 0,12 МПа. Это изменение соответствует полной перестановке регулирующего клапана.

В случае мгновенного сброса нагрузки и резкого увеличения частоты вращения ТНД регулятор скорости может увеличить выпуск воздуха из проточной линии настолько, что закроется регулирующий клапан и откроются выпускные клапаны. После открытия выпуска воздуха за ОК увеличение частоты вращения вала ТНД прекратится. Когда частота вращения с учетом имеющейся неравномерности восстановится и выпускные клапаны закроются, регулирующий клапан откроется на величину, необходимую для поддержания заданной частоты вращения уже для сниженной нагрузки.

Работа системы регулирования при остановке турбины

Остановка турбины может быть нормальной и аварийной. Нормальная остановка производится с постепенным разгружением. Включается электродвигатель регулятора скорости на импульсное вращение, сдвигая клапан и буксу в регуляторе скорости в направлении “НИЖЕ”. Приоткрывается сброс воздуха из проточной линии, регулирующий клапан постепенно прикрывается, уменьшая подачу топлива в камеру сгорания. Снижается частота вращения валов турбины. При снижении давления в проточной линии ниже 0,06 МПа регулирующий клапан закрывается. Подается напряжение на электромагнитные клапаны ЭМВ-1 и ЭМВ-2, они открываются. Воздух из линии предельной защиты сбрасывается в атмосферу, закрывается стопорный клапан. Падение давления в линии предельной защиты приводит к дополнительному открытию сброса воздуха через регулятор скорости из проточной линии. Со снижением давления в проточной линии ниже 0,04 МПа переставляется отсечной золотник, перекрывая подачу воздуха из линии постоянного давления к импульсным клапанам выпускных клапанов. Выпускные клапаны за счет усилия от давления воздуха за компрессором открываются, сбрасывая воздух из трубопровода после ОК. В результате перекрытия подачи топлива и выпуска воздуха после осевого компрессора турбина быстро останавливается. По мере выбега вала турбокомпрессора при снижении давления воздуха за четвертой ступенью ОК открываются сбросные клапаны.

После закрытия стопорного клапана по сигналу от конечного выключателя двигатель регулятора скорости переключается на непрерывное вращение в другую сторону. Происходит перемещение клапана регулятора скорости в направлении “ВЫШЕ” и возвращение его в исходное состояние “МАХ”.

Аварийная остановка турбины производится по сигналу из системы управления ГПА при срабатывании одной из защит или нажатии кнопки “АО” на пульте управления. Аварийная остановка может быть проведена воздействием на любую из пневматических кнопок аварийной остановки автоматов безопасности. В первом случае электромагнитные клапаны ЭМВ1 и ЭМВ2 открываются, во втором случае срабатывают пневматические выключатели автоматов безопасности.

В обоих случаях из линии предельной защиты в атмосферу сбрасывается воздух. Давление в линии резко снижается, и стопорный клапан закрывается. Одновременно в регуляторе скорости усилием пружин букса отрывается от управляющего клапана и опускается на нижний упор. Открывается сброс из проточной линии. Давление в ней снижается, что приводит к закрытию регулирующего клапана и открытию выпускных клапанов. После закрытия стопорного клапана двигатель регулятора скорости (ДРС) включается на непрерывное вращение и перемещает клапан в регуляторе скорости в направлении “ВЫШЕ”, возвращая его в исходное состояние “ МАХ”.

Экстренная остановка одного из последовательно работающих агрегатов может вызвать помпаж нагнетателя второго агрегата, который остается в работе. Избежать этого можно, если откроется кран 6. На этом агрегате сбрасывается нагрузка, и частота вращения силового вала турбины резко возрастает. Иногда при этом срабатывает автомат безопасности на валу ТНД, и агрегат останавливается. Для снижения динамического превышения частоты вращения силового вала в системе регулирования предусмотрен электромагнитный вентиль ЭМВ4, установленный на трубопроводе слива масла из импульсной линии регулятора скорости. Перед сливным трубопроводом на импульсной линии установлена дроссельная шайба диаметром 5 мм. Когда вентиль ЭМВ4 закрыт, регулятор скорости выполняет свои функции нормально.

По импульсу аварийной остановки одного из работавших в паре агрегатов на оставшемся в работе открывается ЭМВ4. Давление масла над поршнем регулятора скорости падает, увеличивается выпуск воздуха из проточной линии. Прикрывается регулирующий клапан, и, возможно, открываются выпускные клапаны, чем предупреждается заброс частоты силового вала.

ЭМВ4 закрывается через 5-10 с, давление над поршнем в регуляторе скорости восстанавливается, и регулирующий клапан устанавливается в положение, соответствующее новой нагрузке.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА УЗЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Гидродинамический регулятор скорости. Устройство регулятора скорости

Гидродинамический регулятор скорости предназначен для поддержания заданной частоты вращения силового вала. С помощью механизма управления на регуляторе производят ручной или автоматический пуск и останов турбины (Рис.6.2).

Регулятор работает по импульсу изменения напора (разности давления между нагнетанием и всасыванием) на масляном насосе – импеллере, установленном на силовом валу турбины. Напор импеллера, пропорциональный квадрату числа оборотов силового вала, воздействует на поршень, установленный в расточке корпуса. Давление нагнетания действует на поршень снизу, давление всасывания – сверху. Подвод этих импульсов осуществлен через отверстия во фланце. Усилию, создаваемому напором импеллера, противодействует пружина. Необходимое натяжение пружины подбирается путем подрезки кольца. Одновременно пружина, опираясь на кольцо и тарелку, с помощью упора прижимает нижний конец штока к поршню. Верхний конец штока имеет коническую форму и находится внутри отверстия на нижнем торце втулки. Перемещение штока направляется втулкой, имеющей отверстия для дренирования масла. Полость внутри втулки через боковые отверстия и отверстия в буксе и в корпусе сообщается с линией проточного воздуха, а торцевое отверстие, в котором перемещается верхний конец штока поршня, с атмосферой. При смещении штока относительно втулки или втулки относительно штока изменяется сечение для выхода проточного воздуха в атмосферу. Сечение увеличивается, когда шток относительно втулки смещается вверх. Если сечение велико, то регулятор выдает импульс на закрытие регулирующего клапана на подаче топлива и открытие воздушных выпускных клапанов в нагнетании компрессора. Если сечение уменьшается, то выдается импульс сначала на закрытие выпускных, а затем и открытие регулирующего клапанов.

Втулка может перемещаться в буксе с помощью штока, приваренного к тарелке мембранного устройства. Резиновая мембрана обжата по наружному контуру крышкой и выточкой на корпусе. По внутреннему контуру мембрана обжимается тарелкой и диском с помощью гаек. Над тарелкой установлены две пружины, верхние концы которых упираются во втулку, запрессованную в крышку. Внутри штока имеется отверстие, которое может сверху закрываться клапаном на механизме управления. Под мембрану через корпус подведен воздух из линии предельной защиты. При открытии клапаном вштоке отверстия воздух предельной защиты через сверление в крышке может из-под мембраны выходить в атмосферу.

Механизм управления регулятором скорости изменяет положение клапана. Клапан перемещают либо в ручную с помощью маховика, либо дистанционно включением электродвигателя. Маховик (электродвигатель) вращает валик с конической шестерней, сцепленной с колесом. Колесо вращает резьбовую втулку, установленную на подшипнике качения. Врезьбовой втулке поступательно перемещается шток с укрепленным на его конце клапаном. Шток удерживается от проворачивания штифтом, по которому скользит лыска, срезанная на цилиндрической поверхности штока.

Рис. 6. 2. Гидродинамический регулятор скорости:

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-управляющий клапан; 18-мембрана; 19-тарелка; 20-диск

При вращении валика по пазу в пластине, укрепленной на крышке, движется толкатель, заставляя срабатывать микропереключатели. Импульсы микропереключателей используются в системе автоматического управления.

Механизм управления снабжен указателем хода. Над вращающейся шкалой на стенке шкафа, где установлен регулятор скорости, прикреплена указательная пластина со стрелкой, позволяющей судить о положении управляющего клапана.

Работа РС при пуске турбины

Перед вступлением регулятора в работу, т.е. до начала пуска, шток с втулкой опущены пружинами вниз до упора диска в корпус, а клапан поднят механизмом управления до упора вверх и разобщен со штоком.

В этом положении воздух из линии предельной защиты через отверстие на штоке выпускается ватмосферу. Давление в линии предельной защиты незначительно, и стопорный клапан закрыт.

Закрыт и регулирующий клапан, так как вместе со штоком опущена вниз втулка, и проточный воздух вытекает через образовавшийся большой зазор между конусной частью штока поршня и втулкой в атмосферу.

Для того чтобы открыть стопорный клапан, управляющий клапан РС перемещают вниз до упора в седло на верхней части штока. Выпуск воздуха из линии предельной защиты прекращается, и давление в ней увеличивается. Стопорный клапан открывается.

Когда клапан опустится вниз до упора, барабан со шкалой установится на "0" и сработает микропереключатель от нажатия планки, укрепленной на толкателе, останавливая электродвигатель регулятора скорости.

Для открытия регулирующего клапана необходимо управляющий клапан РС перемещать вверх. Благодаря давлению воздуха в линии предельной защиты, действующему на мембрану и диск, вслед за клапаном будет подниматься вверх шток с втулкой, в результате чего уменьшается выпуск проточного воздуха в атмосферу и растет давление в проточной линии. Рост давления проточного воздуха приводит к открытию регулирующего клапана. Перемещая клапан РС вверх и увеличивая открытие регулирующего клапана, поднимают частоту вращения турбины. С увеличением частоты вращения силового ротора растет напор за импеллером, и поршень начнет подниматься кверху. С этого момента регулятор скорости в работе.

Когда механизм управления установится в положение поддержания регулятором скорости минимальной рабочей частоты вращения вала ТНД (3300 мин^-1.), размыкается микропереключатель, останавливая электродвигатель.

Работа РС при поддержании заданной скорости

Поддержание установленной механизмом управления частоты вращения (в пределах от минимальной 3300 мин^-1 до максимальной 5000 мин^-1) осуществляется следующим образом.

Если по какой-либо причине частота снизится, то из-за уменьшения напора за импеллером поршень вместе со штоком опустятся вниз. Выпуск воздуха из проточной системы уменьшится, т.е. отверстие на втулке перекроется конусом на штоке. Регулирующий клапан откроется, и снижение частоты прекратится.

При повышении частоты регулятор действует в обратном порядке. Отверстие во втулке открывается, давление в проточной системе снижается, и регулирующий клапан прикрывается. Неравномерность регулятора скорости при номинальной частоте вращения составляет 4-5 % .

При нормальной работе давление в проточной линии изменяется впределах от 0,6 до 1,2 кгс/кв.см. Это изменение соответствует полной перестановке регулирующего клапана.

В случае мгновенного сброса нагрузки при резком увеличении частоты вращения конусная часть штока, поднявшись относительно втулки, может увеличить выпуск воздуха в атмосферу настолько, что давление проточной линии значительно снизится, и тогда сначала закроется регулирующий клапан, а затем откроются воздушные выпускные клапаны. Это произойдет, когда частота вращения увеличится сверх 4 - 5 % еще на 1 - 2 %. После открытия выпуска в атмосферу увеличение частоты вращения вала прекратится, так как поступление воздуха в турбину резко уменьшится.

Когда частота вращения с учетом имеющейся неравномерности восстановится и выпускные клапаны закроются, регулирующий клапан откроется на величину, необходимую для поддержания заданной частоты вращения уже при сниженной нагрузке.

Работа РС при остановке турбины

Если при работе турбины сработает один из элементов защиты или будет подана команда на останов, то, как только давление всистеме предельной защиты снизится, пружины оторвут седло штока от клапана и поставят диск с тарелкой и мембраной на нижний упор. Выпуск воздуха из линии предельной защиты через открывшееся отверстие в штоке ускорит закрытие стопорного клапана. Быстрое опускание втулки относительно конусной части штока, поскольку в первый момент частота вращения вала сохраняет еще свое значение, установленное до остановки, приведет к резкому снижению давления в проточной линии. Благодаря этому сначала закроется регулирующий клапан, а потом откроются выпускные. Все это создает условия для быстрой остановки турбины.

После отключения действия защиты положение стопорного и регулирующего клапанов не изменится. Они останутся взакрытом положении, так как в регуляторе скорости линий предельной защиты и проточной будет выпускаться воздух в атмосферу.

Импеллер

Импеллер представляет собою центробежный насос, напор (разность давлений между нагнетанием и всасыванием) которого служит импульсом регулятору скорости. Импеллер установлен в корпусе подшипника на валу ТНД (Рис.6.3).

Безлопаточное колесо импеллера выполнено за одно целое с валом турбины. В колесе просверлены радиальные отверстия, которые входят в проточку, куда подводится масло из всасывающей камеры.

Во всасывающую камеру поступает охлажденное масло из системы смазки под давлением 0,06 – 0,1 МПа. При вращении вала под действием центробежной силы масло выходит из радиальных отверстий колеса с повышенным давлением, создавая в камере напор, величина которого пропорциональна квадрату числа оборотов.

Колесо импеллера вращается в трех плавающих составных втулках, вставленных в расточки корпуса. Для уменьшения трения внутренние поверхности втулок залиты баббитом. Левая втулка задерживает протечки масла из нагнетательной камеры по валу в сторону турбины, правая втулка – из всасывающей камеры в сторону нагнетателя. Средняя втулка разделяет нагнетательную и всасывающие камеры.

Рис. 6.3. Насос – импеллер:

1-корпус; 2,4,5-плавающие втулки; 3-колесо;

6-напорная камера; 7-всасывающая камера

В рабочем диапазоне частоты вращения вала ТНД импеллер развивает напор в пределах 0,4 – 0,85 МПа (Рис.6.4) .

Рис. 6.4. Зависимость напора импеллера от оборотов вала ТНД

Для обеспечения более стабильной работы импеллера в крышке имеется отверстие для выпуска масла и пузырьков воздуха.

Стопорный клапан

Стопорный клапан предназначен для мгновенного отключения подачи топлива в камеру сгорания турбины по сигналу аварийной остановки (Рис.6.5).

Непосредственно клапан, укрепленный на штоке с помощью цилиндрического штифта, находится внутри стального корпуса. В корпус запрессовано седло клапана. Клапан сверху закрыт крышкой, которая служит нижним основанием пневматического сервомотора. Шток, проходящий через крышку, уплотняется сальниковой набивкой, состоящей из втулки, промежуточного кольца, уплотнительных колец из листового фторопласта. Уплотнительные кольца сжаты гайкой, которая стопорится винтом.

Рис. 6. 5. Стопорный клапан:

1-седло; 2-корпус; 3-клапан; 4-шток; 5-уплотнительное кольцо; 6-крышка;

7-мембрана; 8-пружины; 9-дроссель; 10-плстина; 11-специальная шайба;

12-микропереключатель; 13-толкатель; 14-верхняя крышка; 15-тарелка;

16-диск

Незначительные протечки газа через сальниковую набивку, пройдя промежуточное кольцо, отводятся через специальные сверления в крышке в атмосферу.

Газ от стопорного клапана подается по двум направлениям. Основной поток направляется к регулирующему клапану, и незначительное количество – через отверстие в корпусе к дежурной горелке.

Стопорный клапан управляется давлением воздуха предельной защиты с помощью мембранного пневматического сервомотора и ускорителя закрытия. В качестве мембраны используется резиновая пластина с тканевыми прокладками толщиной 4 мм. Мембрана по наружному контуру обжата крышкой клапана и верхней крышкой, а по внутреннему контуру тарелкой и диском, образующими жесткий центр. Жесткий центр укреплен на верхнем конце штока гайкой.

Стопорный клапан удерживается в закрытом состоянии натяжением пружин. Открывается клапан тогда, когда в подмембранную полость поступит воздух под давлением из системы предельной защиты. Полное открытие клапана 20 мм фиксируется установкой жесткого центра на упор вверхнюю крышку. Ход клапана отмечается по шкале с помощью риски на толкателе. Толкателей два. Они перемещаются во втулках и пружинами все время поджимаются к жесткому центру. Верхнее и нижнее положение клапана сигнализируется микропереключателями, которые срабатывают при соприкосновении с перемещающимися толкателями.

Ускоритель закрытия состоит из специальной шайбы, запрессованной в верхней части крышки сервомотора, пластины, крышки ускорителя и дросселя, ввернутого в эту крышку. Воздух из системы предельной защиты подводится к крышке ускорителя в полость над пластиной.

При подаче воздуха из системы давление в полости над пластиной из-за малого сечения дросселя (1,5 мм) быстро увеличивается. Этим давлением пластина прижимается к специальной шайбе, в которой перекрываются отверстия, сообщающие с помощью трубопровода подмембранную полость с надмембранной. По мере перетекания воздуха через дроссель начнет увеличиваться давление в подмембранной полости, и стопорный клапан примерно через 5 – 10 с откроется. При этом пластина все время будет прижиматься к специальной шайбе, так как площади пластины, на которые действует давление воздуха сверху и снизу, различны.

Утечки воздуха из подмембранной полости по зазору у штока сведены к минимуму благодаря наличию мягкой уплотнительной набивки под промежуточным кольцом.

При срабатывании защиты давление в полости над пластиной быстро снижается. Из-за наличия дросселя давление в подмембранной полости в первое время не снижается. Этим давлением пластина быстро перемещается вверх до упора в крышку. Отверстия сообщают подмембранную полость с надмембранной, и клапан пружинами и давлением газа, действующим на него, быстро опустится в седло. Время закрытия клапана после начала снижения давления в линии предельной защиты составляет менее 0,2 с.

Через отверстие в стенке крышки сервомотора воздух, поступивший в надмембранную полость, выйдет в атмосферу.

Регулирующий клапан

Регулирующий клапан (Рис.6.6) предназначен для изменения подачи топлива в камеру сгорания газовой турбины по команде, поступающей из системы регулирования.

Конструкция регулирующего клапана аналогична конструкции стопорного клапана. Отличие заключается только в размерах и форме самого клапана и седла.

Управляющий элемент в регулирующем клапане, состоящий из золотника и промежуточного серводвигателя с обратной связью, обеспечивает пропорциональное открытие клапана в зависимости от импульса – величины давления в проточной системе.

Управляющий элемент смонтирован на крышке пневматического сервомотора. Резиновая мембрана пневматического промежуточного серводвигателя толщиной 2 ммпо наружному контуру обжата корпусами пневмопривода клапана и управляющего элемента, а по внутреннему диском и тарелкой жесткого центра. Диск и тарелка стягиваются между собой с помощью болта и гайки.

В корпусе управляющего элемента установлены букса и золотник. Букса и золотник сверху закрыты заглушкой, имеющей небольшое отверстие. Золотник с помощью пружинки прижимается к жесткому центру мембраны промежуточного серводвигателя. При смещении этого жесткого центра на ту же величину смещается и золотник. Между жесткими центрами серводвигателя и сервомотора клапана установлена пружина, натяжением которой с одной стороны оказывается усилие на закрытие регулирующего клапана, а с другой - на смещение жесткого центра серводвигателя к упору в корпусе.

Рис. 6.6. Регулирующий клапан:

1-клапан; 2-седло; 3-пневмопривод; 4-пружины; 5-мембрана;

6-управляющий элемент; 7-уплотнительное кольцо; 8-букса;

9-золотник; 10-диск; 11-тарелка; 12-микровыключатель

Наружная пружина помогает закрывать клапан при снижении давления силового воздуха вподмембранной полости сервомотора.

На наружной поверхности буксы имеются три проточки. Верхняя проточка через отверстия в корпусе сообщается с атмосферой. Средняя проточка посредством трубы сообщена с подмембранной полостью сервомотора клапана. К нижней проточке подведен силовой воздух из коллектора, в котором поддерживается давление 0,14 МПа. Для исключения протечек воздуха по зазору между буксой и корпусом установлены уплотнительные кольца из резины.

На буксе в районе всех трех проточек выполнены сквозные отверстия. Отверстия в верхней и нижней проточках при среднем положении золотника перекрываются его поясками.

При смещении золотника вверх в буксе открываются верхние отверстия и подмембранная полость сервомотора сообщается с атмосферой. Пружины смещают клапан вниз на закрытие прохода топлива.

При смещении золотника вниз верхние отверстия перекрываются, а нижние открываются. Подмембранная полость сервомотора отсекается от атмосферы и присоединяется к подводу силового воздуха. Клапан начинает перемещаться вверх на открытие.

При среднем положении золотника относительно отверстий в буксе сервомотор, а вместе с ним и клапан неподвижны.

Перемещение золотника в расточке буксы происходит с помощью мембраны и жесткого центра серводвигателя за счет изменения давления проточного воздуха, подведенного в полость над мембраной серводвигателя.

При повышении давления в проточной системе мембрана, сжимая внутреннюю пружину, прогибается вниз. Вместе с ней вниз переставляется золотник, и сервомотор перемещает клапан в сторону открытия. При этом пружина еще дополнительно сжимается. Увеличившимся натягом пружины мембрана перемещается обратно вверх, золотник устанавливается в нейтральном положении, и клапан останавливается.

При снижении давления в проточной системе мембрана и золотник двигаются вверх, и клапан закрывается. Натяжение пружины уменьшается, золотник устанавливается обратно в нейтральное положение, и перемещение клапана прекращается.

Внутренняя пружина и ее предварительное натяжение выбраны такими, чтобы начало открытия регулирующего клапана происходило при давлении в проточной системе 0,06 МПа. Регулировка натяжения пружины производится с помощью подбора толщины подкладного кольца. Полное открытие клапана на ход 20 мм происходит при давлении 0,12 МПа. Если давление устанавливается в пределах 0,06 – 0,12 МПа, то в зависимости от величины этого давления пропорционально установится и открытие клапана.

Конечный микровыключатель сигнализирует о приоткрытии регулирующего клапана на 1 - 1,5 мм. Это открытие соответствует подаче топлива на основные горелки камеры сгорания. Производится прогрев турбины перед набором нагрузки во