Устройство для контроля прогрева цилиндра турбины Советский патент 1985 года по МПК F01D19/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на электростанциях для автоматизации контроля и управления при переменных режимах паровых турбин. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля прогрева цилиндра турбины, содержащее датчики температур статора, подключенные к входам блока вычисле ния среднемассовой температуры статора, выход которого подключен к одному из входов блока вычисления среднемассовой температуры ротора, а к другим - датчик относительного удлинения ротора и через функционал ный преобразователь датчик частоты вращения ротора, блок вычисления характерной температуры ротора, к входам которого подключены датчик режима работы турбины и выход блока вычисления среднемассовой температуры ротора, и блок вычисления характерной разности температур ротор соединенный входами с выходом блока вычисления характерной температуры ротора, датчиком режима работы турбины и датчиком температуры пара в характерной точке 1 , Недостатком известного устройств является несколько пониженная точность контроля из-за отсутствия учета целого ряда эксплуатационных факторов, в том числе температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на концевые уплот нения. Цель изобретения - повышение точ ности контроля путем учета влияния температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на концевые уплотнения. I Для достижения поставленной цели устройство для контроля прогрева ци линдра турбины, содержащее датчики температур статора, подключенные к входам, блока вьмйсления среднемассо вой температуры статора, выход кото рого подключен к одному из входов блока вычисления среднемассовой тем пературы ротора, а к другим - датчи относительного удлинения ротора и через функциональный преобразовател датчик частоты вращения ротора,блок вычисления характерной температуры ротора, к входам которого подключен датчик режима работы турбины и выхо .блока вычисления среднемассовой тем 702 пературы ротора и блок вычисления характерной разности температур ротора, соединенный входами с выходом блока вычисления характерной температуры ротора, датчиком режима работы турбины и датчиком температуры пара в характерной точке, снабжено датчиками осевого перемещения корпусов подшипников цилиндра, датчиками температур масла в подшипниках цилиндра, датчиками температур пара, подаваемого на концевые уплотнения цилиндра, сумматором и компаратором, причем датчики осевого перемещения корпусов подшипников подключены к входам сумматора вместе с выходом блока вычисления среднемассовой температуры статора, выходы сумматора соединены с входом блока вычисления среднемассовой температуры ротора и входом компаратора, а датчики температуры масла в подшипниках и датчики температуры пара, подаваемого на уплотнения, подключены к входам блока вычисления характерной темпе- , ратуры ротора. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчики 1 температур статора, датчик 2 относительного удлинения ротора, датчик 3частоты вращения ротрра, датчики 4осевого перемещения корпусов подшипников цилиндра турбины, датчик 5 температуры пара в характерном сечении ротора, датчик 6 режима работы турбины, датчики 7 температур масла в подшипниках, датчики 8 температур пара, подаваемого на концевые уплотнения цилиндра, соединенные последовательно блок 9 вычисления среднемассовой температуры статора, блок 10 вычисления среднемассовой температуры ротора,, блок 11 вычисления характерной температуры ротора, блок 12 вычисления характерной разности температур ротора, а также функциональный преобразователь 13, сумматор 14 и компаратор 15. Датчики 1 температур статора подключены к входам блока 9 вычисления среднемассовой температуры статора, своим выходом соединенного с входами блока 10 вычисления среднемассовой температуры ротора, входы которого соединены также с датчиком 2 относительного удлинения ротора, датчиком 3 частоты вращения ротора через функциональный преобразователь 13 и первым выходом сумматора 14, к входам которого подключены датчики 4 осевого перемещения корпусов подшипников ци.пиндра и вькод блока 9 вычисления среднемассовой температуры статбра. Блоки 9 и 10 вычисления среднемассовых температур статора и ротора соответственно выполнены в виде суммирующих усилителей. Функциональный преобразователь 13 реализует зависимость , где k, - постоянный коэффициент; п частота вращения ротора. Выход блока 10 вычисления среднемассовой температуры ротора подключен к входам блока 11 вычисления характерной температуры ротора, куда, через второй функциональный преобразователь 16 подключен также датчик 6 режима работы турбины,датчики 7 температур масла в подшипниках и датчики 8 температур пара, подав.1емого на концевые уплотнения цилиндра. Блок 11 содержит первый суммирую щий элемент 17, входы которого соединены с входами блока 11, а выход подключен к первому входу умножителя 18, второй вход которого соединен через первый линейный преобразовател 19 с входом блока 11, к которому под ключей датчик 6 режима работы через второй функциональный преобразовател 16, выход умножителя 18 .подключен к первому входу второго суммирующего элемента 20, второй вход которого через второй линейный преобразовател 21 также соединен с входом блока 11 к которому подключен датчик 6 режима работы турбины. Структура блока 10 вычисления среднемассовой температуры ротора соответствует случаю, когда в качестве датчика 6 режима работы турбины используется датчик давления пара Р в характерной точке проточной части цилиндра. В этрм случае второй функциональный преобразователь 16 реализует функцию, G kj У kj , первый линейный преобразователь 19 - функцию + kj, второй линейный преобразователь 21 - функцию kjG + k,, где kj - k, - постоянные величины; G - расход пара. Выход блока 11 подключен к входам блока 12 вычисления характерной размости температур ротора, куда подклю чены также через функциональный преобразователь 16 датчик режима работы 704 турбины 6 и датчик 5 температуры пара в характерном сечении ротора. Блок 12 содержит элемент 22 дифференцирования, вход которого соединен с входом блока 12, а выход подключен к первому входу элемента 23 деления, к второму входу которого через третий линейный преобразователь 24 подключен вход блока 12. Выход элемента 23 деления подключен к первому входу третьего суммирующего элемента 25, второй и третий входы которого соединены с входами блока 12, выход которого является первым выходом устройства. Вторым выходом устройства является выход компаратора 15, вход которого соединен с рторым выходом сумматора 14. Третий линейный преобразователь 24 реализует функцию kgG + kg, где kg и kg- постоянные величины. Устройство работает следующим образом. Сигналы от датчиков 1 температур статора суммируются и усиливаются в блоке 9, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный среднемассовой температуре статора t|J, поступающий на вход сумматора 14. Коэффициент усиления ot по этому входу выбирают таким образом, что величина ci t пропорциональна величине теплового расширения статора при данном температурном состоянии цилиндра турбины и при отсутствии ограничений, препятствующих свободному тепловому расщирению статора. Сигнал одного из датчиков 4, замеряющего осевое перемещение корпуса подпшпиика, представляющего опору статора цилиндра, наиболее удаленную от фикс-пункта турбины, входит в сумму, формируемую сумматором 14, со знаком минус, а сигнал второго датчика 4, замеряющего осевое перемещение корпуса подшипника цилиндра, наиболее близкого к фикс-пункту турбины - со знаком плюс. Разность сигналов, поступающих от двух датчиков 4, характеризует фактическое осевое перемещение одиого конца статора цилиндра по отношению к другому его концу. Алгебраическое суммирование сигналов, поступающих по всем трем входам сумматора 14, с учетом указанных знаков этих сигналов обеспечивает формирование на его выходе сигнала, который пропорционален величине aif разности расширения ста тора, определенного по его среднемассовой температуре, и расширения статора, замеренного датчиками 4. Положительное значение сигнала на вькоде сумматора 14 характеризует ограничение свободного теплового расширения статора, которое может быть вызвано, например, защемлением в направляющих шпонках. При превьшюнии сигналом на выходе сумм тора 14 некоторого предела компаратор 15 вырабатывает сигнал, предупреждающий о наличии защемления в направляющих шпонках, ограничиваю щих свободу теплового расширения ст тора. Сигнал по величине среднемассово температуры статора t. с выхода блока 9 поступает на вход блока 10 коэффициент усиления по этому входу величина о1.° t. пропорцио нальна величине свободного теплового расширения статора. В блоке 10 этот сигнал суммируется с сигналом от датчика 2, пропорциональным величине относительного удлинения ро,тора сЛр , и сигналом от датчика 3 частоты вращения ротора, который после преобразования в функциональном преобразователе 13 характеризу величину изменения длины ротора . под воздействием центробежных сил йРр . Из суммы перечисленных сигналов вычитается сигнал, поступа щий от сумматора 14 и пропорциональ ный величине . Суммирование сигналов от блока датчика 2, функционального преобра вателя 13 и сумматора 14 (с учетом знака последнего сигнала) обеспечи вает формирование на выходе блока сигнала, пропорционального среднемассовой температуре ротора, определенной по его полной длине: fp , Этот сигнал поступает на вход первого суммирующего элемента 1 7 бл ка 11, иа четыре остальных входа этого элемента поступают сигналы, пропорциональные температурам масла омывакидего ротор в подшипниках, и температурам пара, подаваемого на уплотнения цилиндра. Вычитание из с нала, пропорционального среднемассо вой температуре ротора tp, определе ного по его полной длине, указанных температур с весовыми коэффициентами, пропорциональными доле длин участков ротора, омываемых маслом и паром, подаваемым на уплотнения, обеспечивает формирование на выходе первого суммирующего элемента 17 сигнала, пропорционального среднемассовой температуре участка ротора, омыва емого рабочим паром. От датчика 6 режима ра.боты турбины на вход второго функционального преобразователя 16 поступает сигнал, пропорциональный давлению пара Р в характерной точке проточной части, при этом на выходе преобразователя 16 формируется сигнал по расходу пара С через проточную часть цршиндра, который через вход блока 11 поступает на входы первого 19 и второго 21 линейных преобразователей. Сигнал с выхода первого линейного преобразователя 19 А., + kj в умножителе 18 перемножается с сигналом, пропорциональным среднемассовой температуре обогреваемого рабочим паром участка ротора, поступакнцим с выхода первого суммирующего элемента 17. Сигнал, пропорциональный полученному произведению, во втором суммирующем элементе 20 суммируется с сигналом А + k, сформированным на выходе второго линейного преобразователя 21, В результате на выходе второго суммирующего элемента 20 формируется сигнал, пропорциональный характерной.температуре в сечении ротора, например среднеинтегральной по сечению температуре t. Этот сигнал поступает на вход блока 12 и далее на вход элемента 22 дифференцирования, на выходе которого формируется сигнал .по величине производной характерной температуры по времени -- . Сигнал по величине dr расхода пара G через проточную часть цилиндра с выхода преобразователя 16 поступает на вход блока 12 и далее на вход третьего линейного преобразователя 24, на выходе которого формируется сигнал по значению В. критерия Био, характеризующего интенсивность теплообмена между паром и ротором в характерном сечении. Функция , реализуемая преобразо 7вателем 24 , определяется члписимос:тьюВ, k,,C + k, , где k,| и постоянные пеличины. Сигнал с выхода элемента 22 дифференцирования поступает на перв вход элемента 23 деления, на второй вход которого поступает сигнал с вы хода третьего линейного преобразова теля 24. Формирующийся на выходе эл мента 23 деления сигнал, пропорциональный ,подается на вход третьего суммирующего элемента 25, на два других входа которого поступают сигнал по величине температуры пара t в характерном сечении ротора от блока 12, соединенного с датчиком 5 температуры пара в характерном сечении ротора, и сигнал по величине характерной температуры I ротора от блока 12. Алгебраическое суммирование этих сигналов в третьем суммирующем элементе 25 обеспечивает формирование на его выходе сигнала, пропорционального характерной разности температур в роторе: разности температуры обогреваемой поверхности 708 и среднеипТегральной по сечению ро-у тора температуры.Таким образом, изобретение позволяет повысить точность контроля прогрева ротора за счет учета влияния температур ротора на участках, омываемых маслом и паром, подаваемым на уплотнения цилиндра, на среднемассовую температуру ротора и за счет учета ограничения свободы теплового расширения статора вследствие зашемления в направляющих шпонках.Кроме того, в устройстве формируется сигнал, предупреждающий оперативный персонал о возникновении защемления, что .повьш1ает точность контроля прогрева цилиндра и позволяет повысить надежность турбины в переменных, в том числе и пусковых режимах. Технико-экономичеркие преимущества изобретения заключаются в возможности сокращения продолжительности пуска турбины, снижения эксплуатационных издержек на пусковое топливо, изменения эксплуатационных издержек iHa топливо в энергосистеме за счет вытеснения блоком резервных мощностей и сокращения ущерба потребителя от недоотпуска электроэнергии.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОГРЕВА ЦИЛИНДРА ТУРБИНЫ, содержащее датчики температур статора, подключенные к входам блока вычисления среднемассовой температуры статора, выход которого подключен к одному из входов блока вычисления среднемассовой температуры ротора, а к другим - датчик относительного удлинения ротора и через функциональный преобразователь датчик частоты вращения ротора, блок вычисления характерной температуры ротора, к входам которого подключены датчик режима работы турбины и выход блока вычисления среднемассовой температуры ротора, и блок вычисления характерной разности температур ротора, соединенный входами с выходом блока вычисления характерной температуры ротора, датчиком режима работы турбины и датчиком температуры пара в характерной точке, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля путем учета влияния температуры масла в подщипниках ij температуры пара на концевые уплотнения, оно снабжено датчиками осевого перемещения корпусов подшипников цилиндра, датчиками температур масла в подшипниках цилиндра, датчиками температур пара, подаваемого на концевые уплотнения цилиндра, сумматором и компаратором, причем датчики осевого перемещения корпусов подключены к входам сумматора вместе с выходом блока вычисления среднемассовой температуры статора, выходы сумматора соединены с входом блока вычисления среднемассовой температзгры ротора и входом компаратора, а датчики температуры масла сд в подшипниках и датчики температуры -si пара, подаваемого на уплотнения, &чЭ подключены к входам блока вычисления KJ характерной температуры ротора.