СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ СО СВОБОДНОЙ ТУРБИНОЙ Российский патент 2009 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Известен способ управления ГТД со свободной турбиной путем измерения косвенного параметра, характеризующего мощность двигателя, и изменения расхода топлива в камеру сгорания по величине отклонения измеренного параметра от заданного значения [1].

Однако известный способ не позволяет без существенного усложнения процесса регулирования и ужесточения требований к точности датчиков внутридвигательных параметров обеспечить необходимое качество регулирования.

Известен также способ управления ГТД со свободной турбиной путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины [2].

При использовании ГТД со свободной турбиной в качестве ГТУ для привода ЭГ ГТЭС такой способ управления ГТД имеет следующий недостаток: он не обеспечивает достаточных запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора ГТД на режиме холостого хода ГТУ в процессе прогрева ее газогенератора перед включением нагрузки (ЭГ).

Это снижает надежность работы ГТУ ГТЭС.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТУ ГТЭС за счет повышения качества управления ГТД, обеспечивающего повышение запасов ГДУ компрессора на режиме холостого хода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД со свободной турбиной путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины дополнительно до включения ЭГ на нагрузку измеряют и анализируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, если частота вращения турбокомпрессора ГТУ ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ, команды от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и управление частотой вращения силовой турбины ГТУ блокируют, заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ увеличивают с наперед заданным для данного типа ГТУ темпом, уточняемым в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, измеряют и анализируют частоту внешней электросети, при превышении частоты вращения свободной турбины ГТУ над частотой сети на величину более чем 0,2 Гц снимают блокировку от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и регулирование частоты вращения свободной турбины ГТУ.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующая заявляемый способ регулирования газотурбинного двигателя со свободной турбиной.

Устройство содержит регулятор 1 частоты (n ст) вращения свободной турбины и датчик 2 n ст, подключенные к первому и второму входам сумматора 3, выход сумматора 3 через электрогидропреобразователь (ЭГП) 4 подключен к дозатору 5 топлива, автоматический синхронизатор 6, подключенный через ключ 7 к ЭГ 8 и через переключатель 9 - к регулятору 1, анализатор 10, ко входу которого подключены датчик 11 частоты (n тк) вращения турбокомпрессора и датчик 12 частоты внешней электросети, информационный выход анализатора 10 подключен ко второму входу переключателя 9, а управляющие выходы - к ключу 7 и управляемому входу переключателя 9.

Устройство работает следующим образом.

На режиме холостого хода ГТУ до момента включения ЭГ 8 регулятор 1 в зависимости от полученного в сумматоре 3 рассогласования между заданным для холостого хода и измеренным датчиком 2 значениями частоты вращения свободной турбины с помощью ЭГП 4 и дозатора 5 обеспечивает требуемое изменение расхода топлива в камеру сгорания.

Одновременно с этим анализатор 10 обрабатывает сигналы с датчиков 11 и 12. Если частота вращения турбокомпрессора ГТУ ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ (так, например, для ГТУ-12П на базе двигателя ПС-90ГП1 это значение равно 70%), то ГТУ не готов к приему нагрузки в виде подключения ЭГ 8 из-за недостаточных запасов ГДУ.

Поэтому анализатор 10 выдает команду на ключ 7, блокируя команду от автоматического синхронизатора 6 на включение ЭГ 8. Одновременно с этим анализатор 10 выдает команду на переключатель 9, по которой переключатель переводится в положение, при котором в регулятор 1 будет подаваться управляющий сигнал не от автоматического синхронизатора 6, а от анализатора 10. По команде анализатора 10 регулятор 1 начинает увеличивать заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ с наперед заданным для данного типа ГТУ темпом, уточняемым в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ (например, для ГТУ-12П на базе двигателя ПС-90ГП1 это значение равно 1%/с), повышая располагаемый запас ГДУ.

Одновременно с этим анализатор 10 контролирует частоту внешней электросети. При превышении частоты вращения свободной турбины ГТУ над частотой сети на величину более чем 0,2 Гц анализатор 10 выдает команду на ключ 7 и снимает блокировку от автоматического синхронизатора на включение ЭГ, выдает команду на переключатель 9, по которой переключатель переводится в положение, при котором в регулятор 1 будет подаваться управляющий сигнал от автоматического синхронизатора 6.

Таким образом, обеспечивается повышение запасов ГДУ компрессора на режиме холостого хода, т.е. повышается качество управления и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ ГТЭС.

Источники информации

1. «Выбор и обоснование рациональных схем электронно-гидравлических САР вертолетных и транспортных ГТД», т.о. ЦИАМ №8533, 1978 г.

2. Патент США №3.283.503., кл. 60-39.28, 1964 г.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС). Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно до включения ЭГ на нагрузку измеряют и анализируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, если частота вращения турбокомпрессора ГТУ ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ, команды от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и управление частотой вращения силовой турбины ГТУ блокируют, заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ увеличивают с наперед заданным для данного типа ГТУ темпом, уточняемым в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, измеряют и анализируют частоту внешней электросети, при превышении частоты вращения свободной турбины ГТУ над частотой сети на величину более чем 0,2 Гц снимают блокировку от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и регулирование частоты вращения свободной турбины ГТУ. Технический результат - повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение запасов ГДУ компрессора на режиме холостого хода, т.е. повышается качество управления и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ ГТЭС. 1 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины, дополнительно до включения ЭГ на нагрузку измеряют и анализируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, если частота вращения турбокомпрессора ГТУ ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ, команды от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и управление частотой вращения силовой турбины ГТУ блокируют, заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ увеличивают с наперед заданным для данного типа ГТУ темпом, уточняемым в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, измеряют и анализируют частоту внешней электросети, при превышении частоты вращения свободной турбины ГТУ над частотой сети на величину более, чем 0,2 Гц, снимают блокировку от автоматического синхронизатора на включение ЭГ и регулирование частоты вращения свободной турбины ГТУ.