СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ОДНОВАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2017 года по МПК F01D21/02 

Изобретение относится к способу контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки.

В одновальной установке для производства электрической энергии газовая турбина, паровая турбина и генератор расположены в одну общую нитку. В нормальном режиме работы одновальной установки электрическая энергия подается в электрическую сеть, и нитка вращается с частотой вращения, соответствующей номинальной частоте вращения одновальной установки, например 50 или 60 Гц. В случае неполадки, в частности при падении подключенной к генератору электрической нагрузки, частота вращения может возрасти до значений выше номинальной частоты вращения. Если частота вращения достигает критического значения, то одновальная установка механически и термически чрезмерно нагружается, следствием чего является сокращение ее срока службы.

По достижению предельного значения частоты вращения в действие вступает защитное устройство, которое препятствует дальнейшему возрастанию частоты вращения, причем предельное значение частоты вращения обычно выбирается таким образом, чтобы оно лежало между номинальной и критической частотами вращения. Обычно защитное устройство проверяется за счет того, что одновальная установка эксплуатируется в тестовом режиме, в котором предельное значение частоты вращения в нормальном режиме снижается, чтобы за счет этого в тестовом режиме избежать чрезмерной нагрузки одновальной установки.

Однако в тестовом режиме желательно было бы использовать такое же предельное значение частоты вращения, что и в нормальном режиме. К тому же такой тест обязателен в некоторых странах, например в Южной Корее.

Задачей изобретения является создание способа контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки, причем способ не приводит к чрезмерной нагрузке одновальной установки.

Предложенный способ контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки, содержащей газовую турбину, генератор и паровую турбину, включает в себя следующие этапы:

а) эксплуатацию одновальной установки при ее номинальной частоте вращения и под подключенной к генератору электрической нагрузкой, причем нагрузка выбирается настолько низкой, что после сброса нагрузки частота вращения одновальной установки возросла таким образом, чтобы оставаться ниже предельного значения частоты вращения паровой турбины, которая ниже предельного значения частоты вращения газовой турбины, причем защитное устройство выполнено таким образом, что первая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения паровой турбины, а вторая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения газовой турбины;

б) сброс нагрузки;

в) повышение массового потока подаваемого в паровую турбину пара и/или подаваемого в газовую турбину топлива таким образом, чтобы частота вращения паровой турбины достигла своего предельного значения;

г) контроль срабатывания первой защиты.

За счет того, что предельное значение частоты вращения паровой турбины достигается повышением массового потока топлива и/или пара, а не, например, сбросом нагрузки, предельное значение частоты вращения паровой турбины может достигаться предпочтительно медленно, а критической частоты вращения одновальной установки можно предпочтительно избежать. За счет этого можно избежать чрезмерных механической и термической нагрузок одновальной установки во время контроля защитного устройства, благодаря чему одновальная установка имеет длительный срок службы. Чрезмерной нагрузки можно избежать предложенным способом даже тогда, когда для предельных значений частот вращения газовой и паровой турбин используются такие же предельные значения частот вращения, что и в нормальном режиме работы одновальной установки.

Паровая турбина присоединена к одновальной установке предпочтительно посредством муфты, причем муфта зацепляется в случае обгона газовой турбины паровой турбиной, и расцепляется, когда частота вращения паровой турбины ниже частоты вращения газовой турбины, причем этап в) осуществляют таким образом, что паровую турбину ускоряют быстрее, чем газовую турбину, в результате чего муфта остается зацепленной. В случае, если момент инерции масс газовой турбины меньше момента инерции масс паровой турбины, газовая турбина ускоряется после сброса нагрузки быстрее чем паровая турбина, что может привести к расцеплению муфты. За счет того, что муфта остается зацепленной, газовая и паровая турбины вращаются с одинаковой частотой вращения, тогда как паровая турбина ускоряется до своего предельного значения, благодаря чему предпочтительно гарантировано, что частота вращения газовой турбины не достигнет критического значения.

Способ включает в себя предпочтительно этап д): прерывание массового потока подаваемого в паровую турбину пара в случае срабатывания первой защиты. Прерывание массового потока пара приведет к тому, что муфта расцепится, а паровая турбина будет вращаться, тем самым, независимо от газовой турбины и генератора.

Предпочтительно способ включает в себя этапы е): повышение массового потока топлива таким образом, что частота вращения газовой турбины достигает предельного значения, и ж): контроль срабатывания второй защиты. За счет того, что предельное значение частоты вращения газовой турбины выше предельного значения частоты вращения паровой турбины, контроль второй защиты можно осуществлять, таким образом, после контроля первой защиты и независимо от этого контроля.

Предложенный способ более подробно поясняется ниже с помощью прилагаемого чертежа. На нем изображен схематичный вид одновальной установки.

Одновальная установка 1 содержит газовую турбину 2, паровую турбину 3 и электрический генератор 4. Газовая 2 и паровая 3 турбины служат для вырабатывания энергии вращения, причем энергия вращения преобразуется в генераторе 4 в электрическую энергию. Генератор 4 расположен между газовой 2 и паровой 3 турбинами. Газовая турбина 2 содержит вал 5, а паровая турбина 3 - вал 6. Генератор 4 и газовая турбина 2 расположены сообща на валу 6 паровой турбины. Однако можно также предусмотреть для генератора 4 отдельный вал, присоединенный к валу 5 газовой турбины посредством муфты.

Вал 6 паровой турбины соединен с валом 5 газовой турбины посредством муфты 7. Муфта 7 выполнена таким образом, что она зацепляется в случае обгона газовой турбины 2 паровой турбиной 3, т.е. когда частота вращения паровой турбины 3 выше частоты вращения газовой турбины 2. Когда муфта 7 зацеплена, газовая 2 и паровая 3 турбины вращаются с одинаковой частотой вращения. Кроме того, муфта 7 выполнена таким образом, что она расцепляется, когда паровая турбина 3 вращается медленнее газовой турбины 2. Муфтой 7 может быть, например, SSS-муфта (синхронная самоуправляемая муфта).

При пуске одновальной установки 1 сначала ускоряется газовая турбина 2, причем муфта 7 расцеплена. Затем за счет замыкания выключателя 9 к электрическому выводу 8 генератора 4 подключается электрический потребитель 10. Отходящее тепло газовой турбины 2 используется для вырабатывания пара и привода паровой турбины 3. Как только паровая турбина 3 также ускорится, муфта 7 зацепляется. Расход тока потребителем 10 соответствует подключенной к генератору 4 электрической нагрузке. При падении подключенной к генератору 4 нагрузки без снижения массовых потоков подаваемого в паровую турбину 3 пара и/или подаваемого в газовую турбину 2 топлива это приводит к возрастанию частоты вращения одновальной установки 1.

Во избежание возрастания частоты вращения одновальной установки 1 до критического значения одновальная установка 1 содержит устройство защиты от превышения частоты вращения. При этом защитное устройство выполнено таким образом, что срабатывает первая защита, как только своего предельного значения достигнет частота вращения паровой турбины 3, а вторая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения газовой турбины 2. При срабатывании первой защиты может быть прерван, например, массовый поток пара. При срабатывании второй защиты может быть прерван также массовый поток топлива.

Предложенный способ более подробно поясняется ниже на примере.

Способ контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки 1, содержащей газовую турбину 2, генератор 4 и паровую турбину 3, причем паровая турбина 3 присоединена к одновальной установке 1 посредством муфты 7, причем муфта 7 зацепляется, когда паровая турбина 3 обгоняет газовую турбину 2, и расцепляется, когда частота вращения паровой турбины 3 ниже частоты вращения газовой турбины 2, осуществляется следующими этапами:

а) эксплуатация одновальной установки 1 при ее номинальной частоте вращения и под подключенной к генератору 4 электрической нагрузкой, причем нагрузка выбирается такой низкой, чтобы после ее сброса частота вращения одновальной установки 1 возросла таким образом, чтобы частота вращения оставалась ниже предельного значения частоты вращения паровой турбины, которая ниже предельного значения частоты вращения газовой турбины, причем защитное устройство выполнено таким образом, что первая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения паровой турбины 3, а вторая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения газовой турбины 2;

б) сброс нагрузки;

в) повышение массового потока подаваемого в паровую турбину 3 пара и/или подаваемого в газовую турбину 2 топлива таким образом, чтобы частота вращения паровой турбины 3 достигла своего предельного значения, причем паровая турбина 3 ускоряется быстрее чем газовая турбина 2, в результате чего муфта 7 остается зацепленной;

г) контроль срабатывания первой защиты;

д) прерывание массового потока подаваемого в паровую турбину 3 пара в случае срабатывания первой защиты;

е) повышение массового потока топлива таким образом, что частота вращения газовой турбины 2 достигает своего предельного значения;

ж) контроль срабатывания второй защиты.

При этом предельное значение частоты вращения паровой турбины может составлять, например, 106-108% номинальной частоты вращения, а предельное значение частоты вращения газовой турбины может быть выше предельного значения частоты вращения паровой турбины на 0,1-0,5%.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано предпочтительным примером его осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами, и специалист может вывести из них другие варианты, не выходя за объем охраны изобретения.

Изобретение относится к способу контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки, содержащей газовую турбину, генератор и паровую турбину, включающему в себя следующие этапы: а) эксплуатацию одновальной установки при ее номинальной частоте вращения и под подключенной к генератору электрической нагрузкой, причем нагрузка выбирается такой низкой, чтобы после ее сброса частота вращения одновальной установки возросла таким образом, чтобы частота вращения оставалась ниже предельного значения частоты вращения паровой турбины, которая ниже предельного значения частоты вращения газовой турбины, причем защитное устройство выполнено таким образом, что первая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения паровой турбины, а вторая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения газовой турбины; б) сброс нагрузки; в) повышение массового потока подаваемого в паровую турбину пара и/или подаваемого в газовую турбину топлива таким образом, чтобы частота вращения паровой турбины достигла своего предельного значения; г) контроль срабатывания первой защиты. Технический результат – увеличение срока службы данной установки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля устройства защиты от превышения частоты вращения одновальной установки (1), содержащей газовую турбину (2), генератор (4) и паровую турбину (3), включающий в себя следующие этапы:

а) эксплуатацию одновальной установки (1) при ее номинальной частоте вращения и под подключенной к генератору (4) электрической нагрузкой, причем нагрузку выбирают такой низкой, чтобы после ее сброса частота вращения одновальной установки (1) возросла таким образом, чтобы частота вращения оставалась ниже предельного значения частоты вращения паровой турбины, которая ниже предельного значения частоты вращения газовой турбины, причем защитное устройство выполнено таким образом, что первая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения паровой турбины (3), а вторая защита срабатывает, как только своего предельного значения достигнет частота вращения газовой турбины (2);

б) сброс нагрузки;

в) повышение массового потока подаваемого в паровую турбину (3) пара и/или подаваемого в газовую турбину (2) топлива таким образом, чтобы частота вращения паровой турбины (3) достигла своего предельного значения;

г) контроль срабатывания первой защиты.

2. Способ по п. 1, причем паровая турбина (3) присоединена к одновальной установке (1) посредством муфты (7), причем муфта (7) зацепляется в случае обгона газовой турбины (2) паровой турбиной (3) и расцепляется, когда частота вращения паровой турбины (3) ниже частоты вращения газовой турбины (2), причем этап в) осуществляют таким образом, что паровую турбину (3) ускоряют быстрее, чем газовую турбину (2), в результате чего муфта (7) остается зацепленной.

3. Способ по п. 1 или 2, включающий в себя этап д) прерывание массового потока подаваемого в паровую турбину (3) пара в случае срабатывания первой защиты.

4. Способ по п. 1 или 2, включающий в себя следующие этапы:

е) повышение массового потока топлива таким образом, что частота вращения газовой турбины (2) достигает предельного значения;

ж) контроль срабатывания второй защиты.

5. Способ по п. 3, включающий в себя следующие этапы:

е) повышение массового потока топлива таким образом, что частота вращения газовой турбины (2) достигает предельного значения;

ж) контроль срабатывания второй защиты.