Устройство для контроля теплового состояния ротора паровой турбины Советский патент 1984 года по МПК F01D19/02 

Изобретение относится к теплоэне гетике и монет быть использоза -:о дл контроля теплового COCTOHIUIH роторо паровых турбин в переменных режимах Известно устройство для (согггроля теплового состояния ротора паровой турбины, содержащее датчик ре;кика работы, подключенный через функцу,о нальный преобразователь к входу сум матора, выход которого подключай к входу вычислительного блока, соединенного одним из своих выходов с вхо дом сумматора. Устройство позволяет Вести контроль прогрева ротора при конвективном теплообмене с перегреты паром L1. Недостаток этого устройства - пониженная точность контроля ИЭ-Зс1 ОТС ствия учета возможности конденсг-ции пара на поверхности ротора, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля теп левого состояния ротора паровой турбины, содержащее датчик режима работы, подключенный к первому п второму функциональным преобразователям, сумматор, подключенный выходом к вхо ду вычислительного блока, к выходу ВЕхГЧислительного блока и вторым входом - к выходу первого функционального преобразователя. Известное устройство позволяет при прогреве ротора перегретым парол учесть конденса цию пара на его поверхности в TCI/I случае, когда температура поверкнос ти ниже температуры насыщенного пара при его давлении в всонтролируемэм сечении ротора. Такие условия во никают при прогреве роторов цилиндров турбины, в проточной части кото рых рабочий пар является перегретым на всех режимах работы С2, Недостаток известного устройства пониженная точность контроля из згг отсутствия учета изменэнил фазоногссостояння греющего пара. Цель изобретения - повышение точности контроля путем учета изменени фазового состояния греющего яара. Поставленная цель достигается тем что в устройство для контроля тепло вого состояния ротора паровой турби ны, содержа цее датчик режима работк подключенный к первому и второй фукк и.иональным преобразователям,, к: сумматор, подключенный выходом к входу вычислительного блока, пзрзым вхоЛ,ом - к выходу вычислительного блок и вторым - к выходу первого фушгцио кального преобразователя, введены два усилителя,- два переключателя и логический блок,, выходы которого под ключены к управляюищм входам переклю ч:ателей|, первый вход соединен с выкодом вычислительного блока, второй: вход - с выходом датчика режима работы, а третий вход через первьзй усилитель - с выходом нторого фу -:кцис:;г1льного ЬеобразОБател Я , при этом последний выходом соединен также с TpeibKM :эьлход:ом с;/.ф.- атора через первый переключатель, а BTOpoii переключателъ соэдпкен последовательно с вторым усили rejiteM и аведен Е .тглнию подключения ::;ерво::о входа суьматора к ныходу вычислительнОГО блока. На фиг I представлена схема устройства; на фиг. 2 - cxer-ia вычислительного блока, Устройство содержит датчик 1 рэжима работы турбины,, подключенный к перзому функциональному (нелинейному) п:реобразовател 0 2 и второму функциональному преобразователю 3, и сумiviarop 4, соединенный выходом с входом :1зычисл ггельного блока 5, выход которого подключен к первому входу 6 сумi.-iaTOpa 4, Выхо,ц первого функциональмого преобразоват1эля 2 соединен с :5торым входом 7 сумматора 4, а к треть входу г.-:осле,днего подключен выхо,ц второго функционального преобразователя 3, соединенный также через пепервый усил;-1тель 8 с первым вгодом 9 логического блока 10, подключенного к: управляющим входам первого переключателя 11 и второго переключателя 12, Второй вход 13 ло:гического блока 10 сое,цинен с .выходом ,датчика 1 режима работьз, а третий зход 14 - с выходом 5нч}г.слительного блока 5 . Первый переключатель 11 включен в линию связи в т -о ро го фу;-: :;; ци о к ал ь н О го пр е о бр а з ОБ а. те,гя 3 с трегьим входом cyivSviaTOpa 4,.а второй переключатель 12 со вторым усилителем .15 вклрэчен в линию связи выхода вычислительно.го блока 5 с первым входом о сумматора 4., К вгыходу вычислительного блока 5 1тодключены также показывающие (регистрирующие) приборы 16. Вычислительный блок 5 (фиг, 2) содержит йнтегрйторы 17 и 18 и выходные су; маторы 19-2л, Первые входы 22 - 25 интеграторе. 17 и выходных сумматоров 19-21 ссе.цинены с входом вычислительного блока 5. Выход интегратора 17 соедиi-iei с ВХОДОГ4 интегратор.а 18 и вторыми зыходаг/ги 26--28 интегратора 17 и з. суШЛаторов 19 и 20. Выход интегратора 8 соединен с третьими вхоца Ф 29-3:1. интегратора 17 и внходнык сумматоров 19 и 20 и: выходом 32 еы-:ислитель -1ого блока S , Выхо,ц выход:-1о;го сумг-латора 19 соединен с вторым зхо,цом 33 выходного сумматора 21 и третьим выходом 34 вычислите;льного блока 5 . чет.зертый выход 35 которого соединен с выходом выходного- сумматора 21. Первом выходом 36 вычислительного блока является выход оу матора 20, .строй ста Г) pci6oTae сле,ду;ошд-1м обрзяом., В качестзе датчика 1 режим работы 11спс.льзуот либо датчик ,павления пара в проточной части турбины, либо датчики частоты вращения и мощности турбины. Выходом датчика 1 режима работы является сигнал, пропорционал ный расходу пара G через турбину. На выходе функционального преобраэовате ля 2 формируется сигнал, пропорциональный температуре t- насыщения пара, зависящий от давления пара, омывающего ротор, которое пропорциональ но расходу G. На выходе функционального преобразователя 2 формируется сигнал, пропорциональный величине пе регрева пара (tn tg) , где t,-, - тем пература перегретого пара. Этот сигнал появляется только при малых расходах пара: G G (G - минимальный расход пара, при котором пар в контролируемом сечении ротора становится влажным), при которых в контролируем сечении ротора появляется перегретый пар. Этот сигнал усиливается в первом усилителе 8, коэффициент усиления которого равен D Big / (Big-Biu: j где Big - критерий Био, . соответствующий условиям теплоотдачи при конденсации пара, Bi - критерий Био, соответствующий условиям конвективного теплообмена ротора с перегретым паром. Функциональные преобразователи 2 и 3 представляют собой соответствен но блоки нелинейного преобразования, отрабатывающие зависимости t.,- tf(G) и tr, - ts 2 (G) . Зависимости f, (G) и fj (G) определяются на основании ре зультатов расчета проточной части турбины на переменный режим. В сумма торе 4 формируется сигнал по текущему значению температуры (t) обогр ваемой поверхности ротора и поступает на вход вычислительного блока 5, В вычислительном блок;е 5 производится вычисление текущих значений температуры поверхности осевой расточ g ки ротора,, средней по сечению ротора температуры и эффективной разности температур следующим образом. На выходе интегратора 17 вырабаты вается сигнал, пропорциональный первой производной top температуры осевой расточки ротора и поступает на вторые входы 26-28 интегратора 17, выходных сумматоров 19 и 20 и на вхо интегратора 18, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональ ный температуре top осевой расточки ротора. Этот сигнал поступает на третьи входы 29-31 интегратора 17, выходных сумматоров 19 и 20 и второй выход вычислительного блока. При сусуммировании с весовыми коэффициента ми сигналов, пропорциональных , top I top, на выходе выходного сумматора 20 вырабатывается сигнал, про порциональный градиенту уСЬ) темпера туры обогреваемой поверхности ротора поступающий на первый выход 36 вычислительного блока 5, а на выходе выходного cyf.OviaTOpa 19 вырабатывается сигнал, пропорциональный ср едней по сечению ротора температуре -t, icoторый поступает на третий выход 34 выгислительного блока 5 и второй вход выходного сум.- атора 21, на выходе которого вырабатыгз ается сигнал, пропорциональный эффективной разности температур. Эти сигналы поступают на показывающие регистрирующие устройства (приборы) 16 и могут быть использованы в устройствах автоматизации пуска турбины. В логическом блоке 10 .г который конструктивно может быть выполнен в виде стандартного блока сигнализации системы АКЭСР, проверяется выполнение следующих условий: А- G(t) -G Б- G - В- y(-t) D tn- ; Г- y(7) r-D- tn tg . При выполнении условий A пар, омыва о1ций ротор в характерном сечении, перегрет. В этом случае возможны две ситуации: при выполнении условия В на поверхности ротора происходит конденсация пара, при выполнении условия Г конденсация пара отсутствует и теплопередача определеяется условиями конЕективного теплообмена перегретого пара с поверхностью ротора. При выполнении условия Б пар, омываюац-ш ротор,- является влажным, и условия прогрева ротора определяются теплообменом с влажнЫлМ паром. В соответствии с этим логический блок . О при совместном выполнении условий А и В или при выполнении условия Б перемещает первы11 переключатель 11 и второй переключатель 12 в положения 37 и 39, при которых выход вычислительного блока 5 подключен к пepвo т,/ входу сумматора 4 помимо усилителя 15, а цепь связи фунгсционального преобразователя 3 с су 4матором 4 разорвана. В этом случае в сумматоре 4 формируется сигнал по текущей температуре обогреваемой поверхности ротора в соответствии с законами теплообмена с влажным или конденсирующимся паром to5 (t) -f- у (г) , При совместном выполнении условий А и Г логический блок 10 перемещает первый переключатель И и второй переключатель 12 в положение 39 и 40, которые обеспечивают включение усилителя 15 в линию связи выхода блока 5 с первым входом сумматора 4 и подклЕОчение выхода второго функционалького преобразователя 3 к входу сул-матора 4, В этом случае в суммато ре 4 формируется сигнал по текущей

температуре обогреваемой поверхности ротора в соответствии с законами конвективного теплообмена с перегретым паром

t () «- --- v{f) оъ - Ri Y

Формирование этого сигнала обеспечивается, в частности, тем, что сумматор 4 по первому входу имеет коэффициент усиления I/Bis, а второй усилитель 15 имеет коэффициент усиления равный ,Sig/Bit.

В процессе пуска турбины на первом этапе выполняются условия А и В, при этом пар в дроточной части перегрет, но прогрев ротора происходит за счет конденсации пара на холодной поверхности ротора. Логический блок 10 обеспечивает учет условий такого теплообмена путем перемещения переключателей 11 и 12 в положения 37 и 38, По мере прогрева ротора температура его поверхности растет, и, начиная с некоторого момента времени, тепловой поток, определяемый условиями конвективного теплообмена с перегретым паром, становится больше теплового потока, определяемого конденсацией. При этом начинает выполняться условие Г при сохранении условия А, Логический блок 10 при этом перемещает переключатели И и 12 в положения 39 и 40,

при которых формирование сигнала по обогреваемой пове-рхности ротора происходит в соответствии с условиями конвективного теплообмена с перегретым паром.

По мере роста нагрузки турбины расход паре достигает величины G, начиная с которой пар, омывающий ротор, становится влажным, что приводит к выполнению условия Б, при котором логический блок 10, воздействуя на переключатели 11 и 12, переводит их в положения 37 и 38, при которых формирование сигнала по температуре обогреваемой поверхности ротора соответствует условиям теплообмена с влажным паром.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает контроль теплового состояния ротора с учетом изменения условий теплообмена, обусловленных изменением фазового состояния пара вблизи поверхности ротора в характерном сечении. Это обеспечивает возможность точного контроля теплового состояния роторов,работс1Ю цих в широком диапазоне режима работы в области влажного пара, а при малых расходах последнего, попадаю1цих в област перегретого пара, в частности роторов цилиндров высокого давления влажнопаровых турбин атомных электростанций и роторов цилиндров низкого давления турбин тепловых электростанций.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РОТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащее датчик режима работы, подключенный к первому и второму функциональным преобразователям, и сумматор, подключенный выходом к входу вычислительного блока, первым входом - к выходу вычислительного блока и вторым входом - к выходу первого функционального преобразователя, о тличающее-ся тем, что, с целью повышения точности контроля путем учета изменения фазового состояния греющего пара, в него введены два усилителя, два переключателя и логический блок, выходы которого подключены к управляющим входам переключателей, первый вход соединен с выходом вычислительного блока, второй вход - с выходом датчика режима работы, а третий вход через первый усилитель - с выходом второго функциональ ного преобразователя, при этом последний выходом соединен также с третьим входом сумматора через первый g переключатель , а второй переключатель (Л соединен последовательно с вторым усилителем и введен в линию подключения первого входа сумматора к выходу вычислительного блока.