СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F02C9/00 

Предлагаемое изобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования и защиты газотурбинных двигателей.

Известна гидравлическая система регулирования газотурбинного двигателя, содержащая систему предельной защиты, в которой установлен электромагнитный выключатель, открывающий слив масла из системы предельной защиты по команде из системы агрегатной автоматики (см., например, С.З. Шабашов. Регулирование газотурбинных агрегатов. Л.: Недра, ЛО, 1971, стр. 6...15).

Известна система регулирования газотурбинного двигателя, содержащая стопорный клапан с пневматическим сервомотором, бойковый автомат безопасности с пневматическим выключателем бойкового автомата безопасности, линию предельной защиты и пневматический выключатель, управляемый подаваемым специальным клапаном силовым воздухом, для запоминания импульса срабатывания гидродинамического автомата безопасности (см., например, К.А. Тельнов и др. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Л.: Недра, ЛО, 1983, стр. 19...27) - прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности системы регулирования и защиты газотурбинных двигателей, включающей в себя пневматическую систему предельной защиты.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются система агрегатной автоматики, система регулирования, магистраль воздуха постоянного давления, установленный в магистрали топливного газа стопорный клапан с пневматическим приводом, бойковый автомат безопасности с пневматическим выключателем и магистраль воздуха предельной защиты, подведенная к пневматическим приводу стопорного клапана и выключателю бойкового автомата безопасности, при этом в магистрали воздуха предельной защиты дополнительно установлен выключатель с электромагнитным приводом, причем на пусковых и рабочих режимах газотурбинного двигателя выключатель с электромагнитным приводом отключен от электрической сети с возможностью запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в магистрали воздуха предельной защиты дополнительно установлен выключатель с электромагнитным приводом, причем на пусковых и рабочих режимах газотурбинного двигателя выключатель с электромагнитным приводом отключен от электрической сети с возможностью запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности.

На фиг.1 схематично представлена система регулирования и защиты газотурбинного двигателя, на фиг.2 - выключатель с электромагнитным приводом, разрез.

На газотурбинном двигателе 1 с системой агрегатной автоматики 2 и системой регулирования 3 выполнена магистраль воздуха постоянного давления 4, в отборе из которой установлена дроссельная шайба 5. После дроссельной шайбы 5 выполнена магистраль воздуха предельной защиты 6. Магистраль 6 подведена к пневматическому приводу 7 стопорного клапана 8 газотурбинного двигателя 1, к пневматическому выключателю 9 бойкового автомата безопасности 10, установленного в роторе газотурбинного двигателя 1, и к выключателю 11 с электромагнитным приводом 12.

Электромагнитный привод 12 с клеммной коробкой 13 и размещенным в ней конечным выключателем 14 установлен на корпусе 15 выключателя 11 (см. фиг. 2).

Между корпусом 15 и крышкой 16 выключателя 11 зажата мембрана 17 со сборным жестким центром 18, в котором выполнено отверстие 19 с седлом 20 и запорными кромками 21. В корпусе 15 установлена пружина 22, опертая одним торцем в жесткий центр 18, другим торцем - во втулку 23, установленную с возможностью перемещения в верхней части корпуса 15. В корпусе 15 выполнены также отверстия 24, сообщающие полость над мембраной 17 в корпусе 15 с атмосферой. Над отверстием 19 в седле 20 размещен с возможностью перемещения шарик 25 и опертый на него сверху с возможностью перемещения во втулке 23 толкатель 26. В корпусе электромагнитного привода 12 установлен с возможностью перемещения якорь 27 с жестко связанной с ним втулкой 28. Во втулке 28 установлен и гайкой 29 закреплен шток 30. Верхний конец штока 30, выступающий вместе с концом втулки 28 из корпуса электромагнитного привода 12 и заходящий в клеммную коробку 13, оперт на шток 31 с кольцом 32, подпружиненным сверху пружиной 33. Нижний конец штока 30 выполнен с возможностью опирания на толкатель 26, а нижний конец втулки 28 - на втулку 23. Конечный выключатель 14 закреплен на кронштейне 34. Между крышкой 16 и мембраной 17 с жестким центром 18 образована полость 35.

Работает система регулирования и защиты газотурбинного двигателя следующим образом.

Перед пуском газотурбинного двигателя (ГД) 1 воздух в магистраль воздуха постоянного давления 4 поступает (через регулятор давления в системе регулирования 3) от пускового компрессора или от других газотурбинных двигателей, имеющихся (работающих) на газотурбинной станции. При работе ГД 1 воздух в магистраль 4 поступает от циклового компрессора ГД 1. При замене (например, при модернизации пневматической системы регулирования ГД) гидропневматического регулятора скорости на электронный с сохранением при этом бойкового автомата безопасности (из-за высокой его надежности, проверенной десятилетиями) с пневматическим выключателем 9 и стопорного клапана 8 с пневматическим приводом 7 необходимо предусмотреть элемент с астатизмом (в гидропневматическом регуляторе скорости астатизм был предусмотрен). В случае аварийной ситуации с достижением ротором ГД 1 критического числа оборотов срабатывает бойковый автомат безопасности (БАБ) 10, воздействующий на пневматический выключатель 9, в котором открывается при этом отверстие для сброса воздуха из магистрали 6, что приводит к срабатыванию привода 7 и, соответственно, к закрытию стопорного клапана 8 и остановке ГД 1. При снижении оборотов ротора ГД 1 боек БАБ 10 возвращается в исходное положение, его действие на пневматический выключатель 9 прекращается и нет гарантии (астатизма в выключателе 9 нет), что сброс воздуха из магистрали 6 в пневматическом выключателе 9 снова не будет перекрыт. Эта гарантия осуществлена в установленном в магистрали 6 выключателе 11 с электромагнитным приводом 12. Выключатель 11 предназначен для управления давлением воздуха в магистрали воздуха предельной защиты 6 и запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности 10.

При проведении предпусковых операций на ГД 1 подают воздух в магистраль постоянного давления 4 (например, в пневматических системах регулирования газотурбинных двигателей производства НЗЛ в магистрали воздуха постоянного давления поддерживается давление 1,3...1,4 кгс/см²). Пневматический выключатель 9 устанавливают в рабочее положение, то есть сброс воздуха из магистрали 6 в нем закрыт. В выключателе 11 до подачи напряжения на электромагнитный привод 12 жесткий центр 18 прижат пружиной 22 к крышке 16. Шарик 25 свободно расположен в седле 20 центра 18 и воздух, поступающий из магистрали 4 через дроссельную шайбу 5 в магистраль 6, через отверстие 19, приподнимая шарик 25 (в нашем примере давлением ≈0,2...0,3 кгс/см²), и через отверстия 24 в корпусе 15 выходит в атмосферу. При этом (при отсутствии напряжения питания электромагнитного привода 12) кольцо 32 под действием пружины 33 нажимает на конечный выключатель 14 до его срабатывания (переключения) и упирается в кронштейн 34. Сигнал с конечного выключателя 14 о нахождении выключателя 11 в исходном состоянии поступает в систему агрегатной автоматики 2. Одновременно с кольцом 32 перемещены вниз шток 31, шток 30 с гайкой 29 и втулкой 28, якорь 27, толкатель 26. Нижний конец штока 30 нажимает на толкатель 26, который опустится несколько вниз, после чего нижний конец втулки 28 упрется в верхний торец втулки 23 (при этом между верхним торцем штока 30 и нижним торцем штока 31 возможен зазор в доли миллиметра). Шарик 25 при этом остается лежать в седле 20 и на запорных кромках 21 свободно, не препятствуя выходу воздуха предельной защиты через отверстие 19 под некоторым давлением (0,2....0,3 кгс/см²). Пружина 33 гораздо слабее пружины 22.

Далее (следующая предпусковая операция) подают (через клеммную коробку 13) на электромагнитный привод 12 выключателя 11 напряжение питания (например, равное 24 В). Якорь 27 перемещается (в нашем случае на ≈4 мм) вниз вместе с втулкой 28 и штоком 30, перемещая также вниз толкатель 26, втулку 23, сжимая при этом пружину 22, и шарик 25 до плотной посадки его на запорные кромки 21, то есть перекрытия отверстия 19. Давление воздуха в магистрали 6 вырастет до номинального значения (например, в нашем примере до ≈1,3 кгс/см²). Через 2...5 сек после этого напряжение (например, равное 24 В) с электромагнитного привода 10 снимают. Давлением воздуха предельной защиты в полости 35 жесткий центр 18 с мембраной 17, преодолевая усилие пружины 22 (и пружины 33), переместится вверх вместе с шариком 25 (остающимся на запорных кромках 21), втулкой 23, толкателем 26, штоком 30 с втулкой 28 и штоком 31 с кольцом 32 до упора толкателя 26 во втулку 23. Конечный выключатель 14 при этом (через 0,3...1 сек после снятия напряжения с электромагнитного привода 12) снова срабатывает (переключится), подав сигнал в систему агрегатной автоматики 2 о том, что напряжение с электромагнитного привода 12 выключателя 11 снято и что выключатель 11 установлен в режим запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности 10. При снижении давления в магистрали воздуха предельной защиты 6 (например, при срабатывании автомата безопасности 10, воздействующего на пневматический выключатель 9) и, следовательно, в отверстии 19 и полости 35 до величины (в нашем примере до ≈0,75 кгс/см²), когда усилие пружин 22 и 33 (и вес перемещающихся деталей) превысит усилие от давления воздуха предельной защиты на мембрану 17 и жесткий центр 18 (с шариком 25), произойдет перемещение жесткого центра 18 вниз, шарик 25 не будет жестко зажат между толкателем 26 и запорными кромками 21 и воздух из полости 35 сбросится в атмосферу через отверстия 19 и 24 (до давления 0,2...0,3 кгс/см²). Жесткий центр 18 опустится до упора в крышку 16 и давление в магистрали предельной защиты 6 останется низким даже при прекращении сброса воздуха через выключатель 9 автомата безопасности 10. Под действием пружины 33 кольцо 32 снова нажмет конечный выключатель 14, который срабатывает (снова переключится) и выдаст в САА 2 сигнал о том, что выключатель 11 находится в исходном, предвключенном положении. Теперь открыть стопорный клапан 8 (восстановить давление воздуха в магистрали 6) можно только подав вновь напряжение на электромагнитный привод 12 выключателя 11.

Система предназначена для регулирования и защиты газотурбинных двигателей. Изобретение решает задачу повышения надежности системы регулирования и защиты газотурбинных двигателей с пневматической системой предельной защиты путем установки в магистрали воздуха предельной защиты выключателя с электромагнитным приводом. В предлагаемой системе регулирования и защиты газотурбинного двигателя в магистрали воздуха предельной защиты дополнительно установлен выключатель с электромагнитным приводом, причем на пусковых и рабочих режимах газотурбинного двигателя выключатель с электромагнитным приводом отключен от электрической сети с возможностью запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности. 2 ил.

Система регулирования и защиты газотурбинного двигателя, содержащая систему агрегатной автоматики, систему регулирования, магистраль воздуха постоянного давления, установленный в магистрали топливного газа стопорный клапан с пневматическим приводом, бойковый автомат безопасности с пневматическим выключателем и магистраль воздуха предельной защиты, подведенную к пневматическим приводу стопорного клапана и выключателю бойкового автомата безопасности, отличающаяся тем, что в магистрали воздуха предельной защиты установлен выключатель с электромагнитным приводом, причем на пусковых и рабочих режимах газотурбинного двигателя выключатель с электромагнитным приводом отключен от электрической сети с возможностью запоминания импульса срабатывания бойкового автомата безопасности.