ПАРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F01C1/16 

Изобретение относится к области энергетических машин, конкретно к энергетическим установкам на базе паровых винтовых машин, работающих на 2-х фазной рабочей среде, например на пару, природном газе, содержащем жидкие фракции и др.

Известна паровая энергетическая установка, содержащая паровую винтовую машину, с выходным валом которой связана электрическая машина, и систему управления, причем в трубопроводе на входе пара в паровую винтовую машину (ПВМ) установлен регулятор парового потока (патент СССР N 1838632, 1991 г.).

В известной установке дросселирующее устройство является регулирующим органом, поддерживающим постоянство частоты вращения ПВМ и электрогенератора при изменении электрической нагрузки. Наличие регулирующего органа предусматривает введение в конструкцию установки регулятора, управляющего регулирующим органом. Конструкция такого регулятора сложна, ненадежна в работе и в итоге система управления нестабильна, поскольку не обеспечивает поддержание постоянства частоты вращения ПВМ и электрогенератора при изменении электрической нагрузки.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка конструктивно простой и надежной в работе паровой энергетической установки, имеющей электрическую асинхронную машину, пусковая характеристика которой обеспечивает работу в двигательном режиме для пуска установки с дальнейшим переходом в генераторный режим. Кроме этого, используемая система управления обладает повышенной надежностью, простотой эксплуатации, легкостью включения асинхронного генератора на параллельную работу даже при больших рассогласованиях частот вращения. Упрощение конструкции установки достигается также отсутствием системы синхронизации частот при параллельной работе с электрической сетью.

Для достижения указанного выше технического результата в известной паровой энергетической установке, содержащей паровую винтовую машину, с выходным валом которой связана электрическая машина, и систему управления, причем в трубопроводе на входе пара в паровую винтовую машину установлен регулятор парового потока, электрическая машина выполнена асинхронной, система управления состоит из логического устройства, к входам которого подключены датчики критического состояния узлов и деталей установки, а первый выход - к выключателю асинхронной электрической машины, регулятор парового потока выполнен 2-х позиционным с фиксатором открытого его положения, исполнительный элемент которого подключен к второму выходу логического устройства системы управления с возможностью разблокирования фиксатора по сигналам критического состояния узлов и деталей установки.

Кроме этого, система управления может быть снабжена блоком конденсаторов, параллельно подключенных к выходным клеммам асинхронной электрической машины.

Кроме этого, система управления может быть снабжена синхронным компенсатором, параллельно подключенным к выходным клеммам асинхронной электрической машины.

Кроме этого, система управления может быть снабжена подмагничивающим дросселем с регулируемой индуктивностью, подключенным параллельно блоку конденсаторов к выходным клеммам асинхронной электрической машины.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки с батареей конденсаторов.

На фиг. 2 представлена схема выполнения установки с системой управления, имеющей синхронный компенсатор.

На фиг. 3 - схема выполнения установки с системой управления, имеющей подмагничивающий дроссель с регулируемой индуктивностью.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью признаков заданного технического результата.

Паровая энергетическая установка содержит паровую винтовую машину (ПВМ) 1, с выходным валом 2 которой связана электрическая машина, выполненная асинхронной. В качестве такой электрической машины применен асинхронный электрогенератор 3 например, с короткозамкнутым ротором. На входе пара в ПВМ 1 установлен регулятор парового потока, выполненный в виде 2-х позиционной поворотной заслонки 4 с фиксатором 5 открытого ее положения, имеющей два положения: "открыто" и "закрыто". Фиксатор 5 заслонки 4 в положении "открыто" выполнен в виде электромагнита.

Паровая энергетическая установка имеет систему управления, состоящую из логического устройства 6, к входам которого подключены датчики 7 критического состояния узлов и деталей установки, при этом первый выход - к выключателю 8 асинхронного электрогенератора 3, а второй выход - к электромагниту фиксатора 5. Датчики 7 состояния узлов и деталей установки установлены на ПВМ 1 и асинхронном электрогенераторе 3. Выходные клеммы асинхронного электрогенератора 3 связаны с обмоткой статора и с внешней электрической сетью через автоматический выключатель 8, управляемый логическим устройством 6.

В одном из вариантов выполнения система управления снабжена блоком 9 конденсаторов (фиг. 1), подключенным параллельно клеммам асинхронного электрогенератора 3.

На фиг. 2 изображен вариант исполнения системы управления, согласно которому в нее введен синхронный компенсатор 10 (фиг. 2). Синхронный компенсатор 10 связан с автоматическим регулятором 11 возбуждения. Синхронный компенсатор 10 и автоматический регулятор 11 возбуждения подключены к трехфазной линии, связывающей асинхронный электрогенератор 3 с нагрузкой 12. При работе асинхронного электрогенератора 3 на автономную нагрузку 12 система управления может быть выполнена с подмагничивающим дросселем 13 с регулируемой величиной индукции (фиг. 3), подключенным параллельно блоку 9 конденсаторов к выходным клеммам асинхронного электрогенератора 3. Кроме того, в изображенной на фиг. 3 схеме к линии нагрузки подключен корректор 14 напряжения.

Работа установки происходит следующим образом.

Асинхронный электрогенератор 3 подключается к внешней сети, и при подаче 2-х фазной рабочей среды, а именно пара, в ПВМ 1 ротор асинхронного электрогенератора 3 ускоряется до частоты вращения n, несколько превышающей частоту вращения n₁ магнитного поля, т.е. n>n₁. Величина скольжения пропорциональна нагрузке, развиваемой ПВМ 1, и не превышает обычно 2%. В обмотке статора асинхронного электрогенератора 3 генерируется активная мощность, передаваемая во внешнюю сеть. Если мощность внешней сети неизмеримо выше мощности ПВМ 1, то частота сети, а следовательно, и частота вращающегося магнитного поля в статоре асинхронного электрогенератора 3 практически постоянны и не зависят от работы установки. В этом случае при изменении, например, давления пара, а следовательно, и нагрузки ПВМ 1 частота вращения n остается выше, чем n₁ на 0...2%.

Таким образом, внешняя электрическая сеть автоматически поддерживает частоту вращения ПВМ 1. В этом случае отпадает необходимость в дополнительном автоматическом регуляторе частоты вращения ПВМ 1, которой управлял бы положением регулятора парового потока на входе пара в ПВМ 1.

Особенность работы асинхронного электрогенератора 3 совместно с системой управления заключается в том, что он является источником активной мощности и потребителем реактивной мощности. Если во внешней электрической сети возникает недостаток реактивной мощности, то система управления стабилизирует положение установки ввиду наличия блока 9 конденсаторов, подключенных параллельно выходным клеммам асинхронного электрогенератора 3. Блок 9 конденсаторов выполняет функцию дополнительного источника реактивной мощности.

В случае применения вместо блока 9 конденсаторов синхронного компенсатора 10 (фиг. 2) с автоматическим регулятором 11 возбуждения, последние также выступают в роли источника реактивной мощности.

Если энергетическая установка работает в автономном режиме, то возбуждение асинхронного электрогенератора 3 регулируется, например, при помощи подмагничивающего дросселя 13 с регулируемой индуктивностью, который регулирует переток реактивной энергии между асинхронным электрогенератором 3 и блоком 9 конденсаторов (фиг. 3). Работа дросселя 13 регулируется корректором 14 напряжения.

Система управления обеспечивает высокую степень защиты не только в связи с изменением внешних параметров режимов работы установки, вызванных, например, изменением нагрузки, а также в связи с изменением состояния узлов и деталей установки, с возникновением критических аварийных ситуаций необходимо. Так, например, эта ситуация может характеризоваться падением давления масла в ПВМ, повышением температуры подшипников, перегрузкой или обрывом фазы генератора и т.п. В этом случае аварийная ситуация фиксируется датчиками 7 состояния узлов и деталей установки, которые передают информацию в электронное логическое устройство 6. Устройство 6 анализирует эту информацию и вырабатывает электрический сигнал на открытие фиксатора 5 и на отключение электрогенератора 3 от сети при помощи выключателя 8. Освобожденная заслонка 4 под действием потока пара из положения "открыто" переходит в положение "закрыто" и тем самым перекрывает поступление пара в ПВМ 1, и установка останавливается.

Преимущества предлагаемой энергетической установки по сравнению с известными заключается в следующем:
- отсутствие сложной системы автоматического регулирования частоты вращения ПВМ;
- хорошие пусковые характеристики асинхронного электрогенератора, который может работать в двигательном режиме для пуска установки с дальнейшим переходом в генераторный режим;
- форма кривой напряжения асинхронного электрогенератора ближе к синусоидальной, чем, например, в синхронном генераторе;
- высокая надежность, простота эксплуатации, легкость включения асинхронного электрогенератора на параллельную работу даже при больших рассогласованиях частот вращения;
- отсутствие системы синхронизации частот при параллельной работе с электрической сетью.

Изобретение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку изготовление устройства возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Паровая энергетическая установка может быть использована в области энергетических машин на базе паровых винтовых машин. Паровая энергетическая установка содержит паровую винтовую машину, с выходным валом которой связана электрическая машина, и систему управления. В трубопроводе на входе пара в паровую винтовую машину установлен регулятор парового потока. В качестве электрической машины применен асинхронный электрогенератор. Система ее управления состоит из логического устройства, к входам которого подключены датчики критического состояния узлов и деталей установки, а первый выход - к выключателю асинхронной электрической машины. Регулятор парового потока выполнен двухпозиционным с фиксатором открытого его положения, исполнительный элемент которого подключен к второму выходу логического устройства системы управления с возможностью разблокирования фиксатора по сигналам критического состояния узлов и деталей установки. Упрощается конструкция и повышается надежность в работе. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Паровая энергетическая установка, содержащая паровую винтовую машину, с выходным валом которой связана электрическая машина, и систему управления, причем в трубопроводе на входе пара в паровую винтовую машину установлен регулятор парового потока, отличающаяся тем, что электрическая машина выполнена асинхронной, система управления состоит из логического устройства, к входам которого подключены датчики критического состояния узлов и деталей установки, а первый выход - к выключателю асинхронной электрической машины, регулятор парового потока выполнен двухпозиционным с фиксатором открытого его положения, исполнительный элемент которого подключен к второму выходу логического устройства системы управления с возможностью разблокирования фиксатора по сигналам критического состояния узлов и деталей установки. 2. Паровая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что система управления снабжена блоком конденсаторов, параллельно подключенных к выходным клеммам асинхронной электрической машины. 3. Паровая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что система управления снабжена синхронным компенсатором, параллельно подключенным к выходным клеммам асинхронной электрической машины. 4. Паровая энергетическая установка по п.2, отличающаяся тем, что система управления снабжена подмагничивающим дросселем с регулируемой индуктивностью, подключенным параллельно блоку конденсаторов к выходным клеммам асинхронной электрической машины.