ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2004 года по МПК F01D17/26 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при производстве, реконструкции и эксплуатации систем регулирования паровых турбин.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является электрогидравлическая система регулирования теплофикационной турбины (“Электрические станции”, 1975 г, №11. “Электрогидравлическая система регулирования теплофикационной турбины”, авторы: Рабинович А.В., Иванов В.Д., Иванов С.Н., Ипатов В.В.), включающая контур регулирования частоты и мощности, содержащий электрическую часть системы регулирования частоты и мощности (ЭРЧМ) с датчиками мощности, частоты, положения регулирующих клапанов, давления в камере регулирующей ступени, где ЭРЧМ воздействует на электрогидравлический преобразователь (ЭГП), который через гидравлический регулятор скорости (ГСР) управляет сервомотором высокого давления, связанным через механическую систему кулачкового парораспределительного устройства (СПВД) с регулирующими клапанами высокого давления, при этом механическая система кулачкового парораспределительного устройства состоит из кулачковой рамы, закрепленной на цилиндре высокого давления (ВД) паровой турбины, передаточной пары (сектор - шестерня), кулачкового вала с профильными кулаками, рычагов, роликов, подшипников качения, пружины и регулирующих клапанов и служит для передачи усилия от одного сервомотора ВД к четырем клапанам ВД, линеаризации характеристики ход сервомотора ВД - расход пара на турбину и соответственно для обеспечения требуемой статистической характеристики регулирования скорости.

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Недостатками известной гидравлической системы регулирования и парораспределения являются следующие.

1. Невозможность использования существующего кулачкового распределительного устройства в случае применения гидравлических сервомоторов для индивидуального привода регулирующих клапанов и невозможность обеспечения заданных Правилами технической эксплуатации электростанций (ПТЭ), внешних характеристик регулирования - неравномерность и нечувствительность.

2. Регулярные поломки и износ таких элементов СПВД как сектор, шестерня, подшипники, кулаки, что приводит к повышенной нечувствительности, к заеданиям, а иногда и к отказу системы регулирования турбины, что совершенно неприемлемо по условиям безопасности.

3. Искажение, вследствие недостаточной жесткости кулачковой рамы и несимметричности действующих на нее нагрузок, статической характеристики регулирования скорости (неравномерность регулирования), что приводит к потере устойчивости процесса в виде качаний регулирования, нагрузки турбины и котельного оборудования, повышенному износу узлов парораспределения, к появлению недопустимых усилий на лопаточный аппарат турбины.

Главной причиной недостатков известного технического решения является необоснованно высокая сложность гидравлической и механических частей при достаточно развитой электрической части, а также низкая надежность механических узлов, прежде всего системы кулачкового парораспределительного устройства (СПВД).

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение безопасности, надежности, степени автоматизации и упрощение условий эксплуатации турбоустановки:

- существенное упрощение электрогидравлической системы регулирования и парораспределения паровой турбины за счет изъятия кулачкового распредустройства;

- обеспечение, требуемых Правилами технической эксплуатации электростанций (ПТЭ), внешних характеристик регулирования (неравномерность, нечувствительность);

- повышение устойчивости регулирования частоты вращения турбины путем устранения качаний регулирования на любых режимах работы турбины.

Для решения поставленных задач в известной электрогидравлической системе регулирования и парораспределения паровой турбины, содержащей соединенные с сопловыми коробками регулирующие клапаны высокого давления, гидравлические сервомоторы, электрогидравлические преобразователи, электрическую систему регулирования частоты и мощности, датчики мощности, частоты, положения регулирующих клапанов, давления пара в камере регулирующей ступени, дополнительно установлены последовательно соединенные между собой блоки управления положением регулирующих клапанов и пропорционально-интегральным регулятором, один из входов которого линией отрицательной обратной связи соединен с датчиком давления пара в камере регулирующей ступени, другой его вход с помощью задающей линии связи соединен с выходом электрической системы регулирования частоты и мощности, при этом выходы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями управления с входами электрогидравлических преобразователей, выходы которых соединены с входами гидравлических сервомоторов, установленных непосредственно на регулирующих клапанах, а входы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями обратных связей с датчиками положения регулирующих клапанов, непосредственно соединенных с регулирующими клапанами, выходы которых соединены с сопловыми коробками камеры регулирующей ступени паровой турбины.

Упрощение электрогидравлической системы регулирования и парораспределения за счет изъятия кулачкового распредустройства достигается установкой гидравлических сервомоторов непосредственно на регулирующих клапанах.

Обеспечение требуемых правилами ПТЭ внешних характеристик регулирования (неравномерность, нечувствительность) достигается тем, что электрогидравлическая система регулирования и парораспределения снабжена дополнительно установленными и соединенными друг с другом блоком управления положением регулирующих клапанов и пропорционально-интегральным регулятором, вход которого задающей линией связи соединен с выходом электрической части системы регулирования частоты и мощности.

Повышение устойчивости регулирования частоты вращения турбины обеспечивается снабжением электрогидравлической системы дополнительно установленными и соединенными друг с другом блоком управления положением регулирующих клапанов и пропорционально-интегральным регулятором, один вход которого линией отрицательной обратной связи соединен с датчиком положения в камере регулирующей ступени, другой вход задающей линией связи соединен с выходом ЭРЧМ, а входы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями обратных связей с датчиками положения регулирующих клапанов.

Повышение быстродействия системы регулирования на любых аварийных режимах достигается тем, что выходы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями управления с входами электрогидравлических преобразователей, соединенных с гидравлическими сервомоторами, установленными непосредственно на регулирующих клапанах.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где представлена схема предлагаемой электрогидравлической системы регулирования и парораспределения паровой турбины.

Паровая турбина 1 содержит камеру регулирующей ступени 2, соединенной с датчиком давления пара 3 в камере регулирующей ступени, сопловые коробки 4 и соединенные с ними регулирующие клапаны 5 высокого давления. Регулирующие клапаны 5 высокого давления управляются непосредственно установленными на них гидравлическими сервомоторами 6, которые соединены с электрогидравлическими преобразователями 7. Выходы блока управления 8 положением регулирующих клапанов линиями управления 9 соединены с входами электрогидравлических преобразователей 7, а входы блока управления 8 соединены линиями обратных связей 10 с датчиками положения регулирующих клапанов 11. Один вход блока управления 8 соединен с выходом дополнительно установленного пропорционально-интегрального регулятора 12, один из входов которого линией отрицательной обратной связи 13 соединен с датчиком давления пара 3 в камере регулирующей ступени 2, другой вход регулятора 12 соединен задающей линией связи 14 с выходом электрической части системы регулирования частоты и мощности 15, входы которой соединены с выходами датчика частоты 16 и датчика мощности 17.

Электрогидравлическая система регулирования и парораспределения паровой турбины работает следующим образом.

Сигнал управления по задающей линии связи 14 поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 12 от электрической части системы регулирования частоты и мощности 15. С выхода регулятора 12 преобразованный сигнал поступает на вход блока управления 8, при этом в его функцию входит последовательное переключение сигнала управления от регулятора 12 через линии 9 с входа первого электрогидравлического преобразователя на второй, третий и т.д. по мере роста сигнала по линии 14 и по сигналам о конечном положении регулирующих клапанов 5, поступающих от датчиков 11 по линиям обратной связи 10 на входы блока управления 8, и обратное последовательное переключение от последнего электрогидравлического преобразователя к первому по мере уменьшения управляющего сигнала по линии 14.

При изъятии кулачкового распредустройства и установке индивидуальных гидравлических сервомоторов на каждый регулирующий клапан, их последовательном перемещении, а также вследствие существенной нелинейности характеристики “положение регулирующего клапана - расход пара через него”, суммарная характеристика “величина управляющего сигнала по линии 14 - расход пара на турбину” также будет существенно нелинейна. Вместе с тем величину расхода пара на турбину однозначно характеризует величина давления пара в камере регулирующей ступени 2, измеряемая датчиком 3. Таким образом, если сигнал от датчика давления пара 3 через линию отрицательной обратной связи 13 подать на вход пропорционально-интегрального регулятора 12, то в статике каждому значению управляющего сигнала по задающей линии связи 14 будет однозначно соответствовать сигнал от датчика давления пара 3, то есть будет соблюдена однозначность и линейность характеристики “величина управляющего сигнала по линии 14 - расход пара на турбину”.

Реализация предложенной системы позволит:

1. Повысить надежность работы системы регулирования паровой турбины за счет изъятия плохо зарекомендовавшего себя в эксплуатации механического узла - кулачкового парораспределительного устройства и установки на регулирующие клапаны высокого давления индивидуальных гидравлических сервомоторов.

2. Обеспечить значительное повышение точности регулирования частоты и мощности, гарантированное поддержание в соответствие с ПТЭ внешних характеристик регулирования - неравномерности и нечувствительности.

3. Повысить быстродействие системы регулирования за счет одновременного (параллельного) перемещения всех гидравлических сервомоторов в аварийных ситуациях.

4. Упростить условия эксплуатации и повысить степень автоматизации турбоустановки.

Электрогидравлическая система регулирования и парораспределения паровой турбины относится к области теплоэнергетики и может быть использована при производстве, реконструкции и эксплуатации систем регулирования паровых турбин. Практическим результатом использования предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности, надежности, повышение степени автоматизации и упрощение условий эксплуатации турбоустановок. Достижение указанного технического результата обусловлено введением в систему блока управления положением регулирующих клапанов и пропорционально-интегрального регулятора с соответствующими связями, а также установка гидравлических сервомоторов непосредственно на регулирующих клапанах. Предлагаемое решение позволяет обеспечить требуемые Правилами технической эксплуатации электростанций внешние характеристики регулирования - неравномерность, нечувствительность, а также повысить устойчивость регулирования частоты вращения турбины путем устранения качаний регулирования на любых режимах работы турбины. 1 ил.

Электрогидравлическая система регулирования и парораспределения паровой турбины, содержащая соединенные с сопловыми коробками регулирующие клапаны высокого давления, гидравлические сервомоторы, электрогидравлические преобразователи, электрическую систему регулирования частоты и мощности, датчики мощности, частоты, положения регулирующих клапанов, давления пара в камере регулирующей ступени, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена последовательно соединенными между собой блоком управления положением регулирующих клапанов и пропорционально-интегральным регулятором, один из входов которого линией отрицательной обратной связи соединен с датчиком давления пара в камере регулирующей ступени, другой его вход задающей линией связи соединен с выходом электрической системы регулирования частоты и мощности, при этом выходы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями управления с входами электрогидравлических преобразователей, выходы которых соединены с входами гидравлических сервомоторов, установленных непосредственно на регулирующих клапанах, а входы блока управления положением регулирующих клапанов соединены линиями обратных связей с датчиками положения регулирующих клапанов, непосредственно соединенных с регулирующими клапанами, выходы которых соединены с сопловыми коробками камеры регулирующей ступени паровой турбины.