СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ КЛАПАНА Российский патент 2014 года по МПК G05D23/13 G05D9/12 F01K3/02 

Изобретение относится к способу регулировки клапана, причем клапан размещен в паропроводе, причем паропровод содержит устройство для впрыскивания воды.

При пуске или режиме разгона электростанций на ископаемом топливе котел электростанции, который выполнен с возможностью генерации пара, сначала работает с минимальной нагрузкой, что обычно лежит в пределах от 30% до 40%. Во время этой фазы разгона сгенерированный свежий (острый) пар в так называемом байпасном режиме обычно сначала направляется в паровой турбине непосредственно к конденсатору. При этом в установках с промежуточным перегревом свежий пар направляется через обводную (байпасную) станцию высокого давления, орошается до достижения низкого температурного уровня и затем направляется в холодную ветвь промежуточного перегрева. Пар, который покидает горячую ветвь промежуточного перегрева, направляется через байпасную станцию среднего давления и посредством орошения водой охлаждается и направляется в конденсатор. За счет высокого уровня давления в устройстве промежуточного перегрева, который обычно лежит в пределах от 20 бар до 30 бар, обеспечивается эффективное охлаждение труб промежуточного перегревателя, нагруженных дымовым (топочным) газом.

Для работы паротурбинных установок предъявляются высокие требования к чистоте пара. В частности, следует избегать того, чтобы с паром уносились твердые материалы в форме частиц. Такие частицы твердого вещества могут привести к повреждениям паровой турбины и других частей установки. Повреждениям особенно подвержены лопаточные решетки турбины.

Для того чтобы достичь легкого перегрева, требуется, чтобы объем пара, направляемый через перепускной (байпасный) паропровод среднего давления охлаждался до низкого температурного уровня. Это означает, что перепускной пар в байпасном паропроводе должен орошаться водой. В общем случае это требует надежной и непосредственной доступности впрыскиваемого количества воды. Кроме того, требуется быстродействующий клапан впрыскивания воды и надежная измерительная техника.

Если впрыскиваемая вода полностью израсходована, необходимо принять защитные меры, чтобы не возникли повреждения. В настоящее время имеющиеся защитные устройства впрыскивания воды проектируются таким образом, что учитывается только полное выделение впрыскиваемой воды.

Также кратковременное спадание требуемого количества воды рассматривается как нарушение, которое в наихудшем случае может привести к полному запиранию байпасного паропровода и даже могло бы привести к отключению, то есть, следствием было бы отключение всей энергетической установки.

Инициированное экстренное закрытие байпасной станции может при отключении газовой турбины привести к влиянию на интервалы осмотра или на срок службы газовой турбины.

При подобных защитных мероприятиях вполне возможно, что экстренное закрытие байпасной станции осуществляется, хотя количество воды уже достигло более чем 90% заданного значения, и экстренное закрытие само по себе не требовалось бы.

Эта проблема решается изобретением, задачей которого является предложить способ регулирования клапана, с помощью которого экстренное закрытие байпасной станции осуществляется таким образом, что преждевременное запирание клапана предотвращается.

Эта задача решается способом регулирования клапана по пункту 1 формулы изобретения. При этом клапан размещен в паропроводе, причем паропровод имеет устройство для впрыска воды, причем фактическое количество воды и заданное количество воды , и максимальная недостача (дефицит) количества воды определяется и формируется частное t _Rest,0 между максимальным дефицитом количества воды и разностью между заданным количеством воды и фактическим количеством воды согласно уравнению:

, и клапан запирается, если t _Rest,0 меньше значения .

Изобретение исходит из той идеи, что существующие до настоящего времени защитные меры позволяют реализовать режим работы байпасной станции без достаточных количеств впрыскиваемой воды для определенного времени . Вышеупомянутая защитная мера действительна независимо от количества пара и количества впрыскиваемой воды в байпасной станции, то есть, что защитные меры возможны также и для максимального количества пара и полностью отсутствующих количеств впрыскиваемой воды.

Если количество впрыскиваемой воды вследствие неполадки отсутствует, то следствием этого является то, что охлаждение отсутствует. Отсутствующее охлаждение, соотнесенное с разностью энтальпии выпариваемой воды, обозначается как недостача (дефицит) (FB) и получается интегрированием недостаточного количества по времени, которое описывается следующим уравнением: . Здесь обозначает расход воды, а обозначает фактические количества воды.

Максимально допустимый дефицит получается посредством следующего уравнения: , причем обозначает максимальное количество впрыскиваемой воды, а t_max,0 - максимальное время без впрыскивания воды. Дефицит, нарастающий до срабатывания экстренного закрытия, вычисляется следующим образом:

Справедливо, что максимально разрешенное время для достижения максимально допустимого дефицита достигается тогда, когда интегрально определенный дефицит равен максимально допустимому. Это достигается, если выполняется следующее уравнение:

Если это уравнение решить относительно t_max,0, то можно определить максимально допустимое время. В общем случае здесь должно выполняться условие, что определенные количества воды m _W,SOLL и m _W,IST следуют следующему соотношению: , что означает, что фактическое количество воды слишком мало. В соответствии с изобретением с определенными временными интервалами вычисляется текущее недостаточное количество впрыскиваемой воды m _W,SOLL - m _W,IST и с последним накопленным дефицитом пересчитывается в допустимое остаточное время. Если это вычисленное остаточное время спадает ниже тактового интервала , то клапан запирается.

В зависимых пунктах формулы изобретения приведены предпочтительные варианты осуществления.

В первом предпочтительном варианте осуществления формируется максимальный дефицит количества воды путем умножения максимального количества впрыскиваемой воды и максимального времени согласно уравнению: .

В другом предпочтительном варианте осуществления после каждого тактового интервала определяется фактическое количество воды и заданное количество воды . Этот тактовый интервал в соответствии с изобретением может определяться любым образом, что оказывает влияние на точность регулирования. Более короткий тактовый интервал приводит, во всяком случае, к более точному регулированию, чем регулирование с более длительным тактовым интервалом .

Согласно предпочтительному варианту осуществления после каждого тактового интервала определяется оставшееся время t _Rest,i, и клапан запирается, если оставшееся время t _Rest,i меньше, чем значение , причем i должно представлять счет цикла, начинающийся с нуля, по которому соответственно вычисляется оставшееся время t _Rest,i. Это имеет преимущество, состоящее в том, что осуществляется интегрирование, которое приводит к тому, что должен выполняться не только один критерий, чтобы реализовать запирание клапана.

В соответствии с изобретением оставшееся время t _Rest,i определяется согласно правилу трапеции.

Изобретение далее поясняется более подробно с помощью схематичных чертежей. На чертежах представлен пример выполнения изобретения, при этом показано следующее:

Фиг. 1 - структура паротурбинной электростанции,

Фиг. 2 - схематичное представление схемы управления процессом,

Фиг. 3, 4 - графические представления по оси времени.

Фиг. 1 показывает соответствующую изобретению паротурбинную электростанцию 10. Паротурбинная электростанция 10 содержит, в том числе, котел 12, турбину 14 высокого давления, турбину 16 среднего давления, турбину 18 низкого давления, подробно не показанный генератор, конденсатор 22 и трубопровод 28 свежего пара. Свежий пар, выработанный в котле 12, по трубопроводу 28 свежего пара и через клапан 30 свежего пара подается на частичную турбину 14 высокого давления. После турбины 14 высокого давления вытекающий пар достигает промежуточного перегревателя 32 и оттуда поступает в частичную турбину 16 среднего давления. Выход частичной турбины 16 среднего давления соединен по потоку с входом частичной турбины 18 низкого давления. Вытекающий из частичной турбины 18 низкого давления пар через трубопровод 34 низкого давления по потоку связывается с конденсатором 22.

В конденсаторе 22 пар конденсируется в воду и посредством насоса 36 вновь направляется в котел 12, за счет чего контур циркуляции водяного пара замыкается.

При режиме разгона или запуска паротурбинной электростанции 10 свежий пар через байпасный трубопровод 38 направляется в обход турбины 14 высокого давления и подается непосредственно в холодный трубопровод 40 промежуточного перегревателя. Выведенный из промежуточного перегревателя 32 горячий трубопровод 42 промежуточного перегревателя по потоку связан через байпас 44 среднего давления с конденсатором 22. В этой байпасной станции 44 среднего давления выполнен байпасный клапан 46 среднего давления и устройство 48 для впрыска воды в байпасную станцию 44 среднего давления.

При запуске или режиме разгона паротурбинной электростанции 10 котел 12 запускают сначала на минимальную нагрузку (чаще всего от 30% до 40%), причем выработанный пар обычно сначала направляется в обход турбины 14 высокого давления (байпасный режим). Байпасный режим при этом реализуется посредством запирания быстродействующего клапана 31, размещенного в области впуска пара турбины 14 высокого давления, причем свежий пар подается через байпасную станцию 38 высокого давления или байпасный трубопровод 38, орошается до достижения более низкого температурного уровня и затем подается на промежуточный перегрев 32, а именно, сначала в холодную ветвь 40 промежуточного перегрева. Пар, который покидает горячую ветвь 42 промежуточного перегрева, направляется через байпасную станцию 44 среднего давления и после охлаждения впрыскиваемой водой направляется в конденсатор 22. За счет высокого уровня давления в промежуточном перегреве 32 при этом гарантируется эффективное охлаждение трубы промежуточного перегревателя, нагруженной дымовым газом.

Регулировка клапана 46 осуществляется, как описано ниже. Сначала предварительно определяется или устанавливается тактовый интервал в секундах и, кроме того, вычисляется максимально допустимый дефицит (в килограммах), который в первом приближении может быть определен с помощью следующей формулы:

На следующем этапе, как показано на фиг. 2, время t₀ устанавливается равным 0, если выполняется условие, что меньше . Это означает, что как только необходимое количество воды в устройстве 48, которое подается в байпасную станцию 44 среднего давления, становится меньше, чем заданное количество воды, начинается интегрирование. Сначала определяется количество воды из характеристической кривой. Затем посредством измерения определяется фактическое количество воды. Затем осуществляется вычисление остаточного времени согласно соотношению: .

Для дальнейшего интегрирования счетная переменная i устанавливается в нуль. Затем определяется, является ли остаточное время большим, чем тактовый интервал. Если остаточное время больше, чем тактовый интервал, этот случай, при «да», приводится к следующему циклу вычислений, как представлено на фиг. 2. Это означает, что индекс i повышается на единицу, и остаточное время согласно правилу трапеции повторно вычисляется. Для этого применяется формула, показанная в блоке 50.

Фиг. 3 и 4 показывают различные характеристики изменения отдельных параметров.

Фиг. 3 показывает характеристику изменения заданного значения 54 и максимально допустимый дефицит 56 на временной шкале 52.

К времени t меньше t₀ в распоряжении не имеется разбрызгиваемой воды, что означает, что во временном интервале до t₀ имеет место недостаток 55 разбрызгиваемой воды. С момента времени t₀ начинается интегрирование, которое представлено кривой 58 и приводит к быстродействующему запиранию в момент t_max. Срабатывание байпасного быстродействующего запирания представлено кривой 60. Фиг. 3 показывает ситуацию, когда имеет место 100%-ный дефицит количества воды. Это означает, что, например, клапан, несмотря на требование, остается в положении «закрыто».

Фиг. 4 показывает повторяющуюся недостачу впрыскивания воды в пределах короткого промежутка времени. К моменту времени t₀ начинается запуск интегрирования 62. Интегратор 64 сначала повышается круто и затем следует назад. В течение этого времени фактическое значение 66 превышает заданное значение. Это означает, что в течение этого времени быстродействующее запирание не требуется. Как только фактическое значение к моменту времени t₂ вновь спадает ниже заданного значения, интегрирование продолжается, что представлено линейным нарастанием интегратора 64. Так как фактическое значение к моменту времени t₃ вновь больше, чем заданное значение, то интегратор вновь следует назад, что показано ступенчатой линией. К моменту времени t₄ фактическое значение вновь ниже заданного значения, что снова приводит к нарастанию интегратора. Во всяком случае, интегратор доходит до значения 70, что приводит к тому, что в момент времени t_max выполняется быстродействующее запирание 72.

Изобретение относится к способу регулирования байпасного парового клапана. Технический результат - создание способа регулирования клапана, с помощью которого экстренное закрытие байпасной станции осуществляется таким образом, что предотвращается преждевременное запирание клапана. Способ регулирования клапана, размещенного в паропроводе, имеющем устройство для впрыска воды, содержащий этапы при которых определяют фактическое , заданное количество воды и максимальный дефицит количества воды FB_max, вычисляют оставшееся время t_Rest,0 согласно уравнению: и запирают клапан, если t_Rest,0 меньше установленного значения Δt, характеризующего тактовый интервал, в течение которого определяется недостаток разбрызгиваемой воды. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ регулирования клапана (46),
при этом клапан (46) размещают в паропроводе (44),
причем паропровод (44) имеет устройство (48) для впрыска воды,
причем определяют фактическое количество воды и заданное количество воды и максимальный дефицит количества воды FB_max,
и вычисляют оставшееся время t_Rest,0 посредством расчета частного между максимальным дефицитом количества воды FB_max и разностью заданного количества воды и фактического количества воды согласно уравнению:
,
и запирают клапан (46), если t_Rest,0 меньше установленного значения Δt, характеризующего тактовый интервал, в течение которого определяется недостаток разбрызгиваемой воды.

2. Способ по п.1, причем максимальный дефицит FB_max количества воды получают посредством умножения максимального количества впрыскиваемой воды на максимальное время t_max,0 согласно уравнению: .

3. Способ по любому из предыдущих пп., причем значение Δt является тактовым интервалом, и после каждого тактового интервала Δt определяют фактическое количество воды и заданное количество воды .

4. Способ по п.3, причем после каждого тактового интервала Δt определяют оставшееся время t_Rest,i и клапан запирают, если оставшееся время t_Rest,i меньше, чем значение Δt, причем i должно представлять счет цикла, начинающийся с нуля, по которому соответственно вычисляют оставшееся время t_Rest,i.

5. Способ по п.4, причем оставшееся время t_Rest,i по циклу определяют согласно следующей формуле:

6. Способ по п.4 или 5, причем оставшееся время t_Rest,i определяют по правилу трапеции.

7. Способ по п.1, причем предусмотрена впрыскиваемая в паропровод (44) вода для охлаждения текущего в паропроводе (44) пара.

8. Способ по п.1, причем максимальный дефицит FB_max представляет недостающее максимальное количество воды, впрыскиваемой для охлаждения в паропровод (44), и определяется согласно следующему уравнению:

причем представляет максимальное количество впрыскиваемой воды и t_max,₀ - максимальное время без впрыскивания воды.