Устройство для эксплуатационного контроля осевых зазоров в проточной части цилиндра паровой турбины Советский патент 1985 года по МПК F01D21/04 

блока определения теплового расширения статора подключены к входам первого делителя, выход 1 :оторого , вместе с выходом дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры статора подключен к входам первого умножителя, к входам первого сумматора подключены выход блока определения теплового расширения статора, датчик осевого сдвига ротора, датчик частоты вращения ротора через второй функциональный преобразо ватель и выход основного блока вы числения среднемассовой температуры ротора, к входам второго сумматора датчик осевого сдвига ротора, датчик 11 1 частоты вращения ротора также через второй функциональный преобразователь, выход дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры ротора и выход первого умножителя, выход первого сумматора подключен вместе с датчиком относительного расширения ротора к входам второго делителя, выход которого вместе с выходом второго сумматора подсоединен к входам второго умножителя, подключенного к входам третьего сумматора вместе с задатчиком начальной величины осевого зазора и выходом блока определения прогиба диафрагмы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ОСЕВЫХ ЗАЗОРОВ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦИЛИНДРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащее блок вычисления среднемассовой температуры статора с подключенными к нему датчиками температуры металла статора, блок вычисления характерной температуры ротора с подключенными к его входам датчиком температуры пара в характерном сечении ротора и датчиком давления пара в проточной части цилиндра, блок вычисления среднемассовой температуры ротора, соединенный своими входами с выходом блока вычисления характерной температуры ротора и с датчиком давления пара в проточной части цилиндра, датчики частоты вращения ротора и относительного расширения ротора и два функциональных преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности контроля путем учета влияния температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на концевые уплотнения, устройство снабжено блоком определения режима работы, блоком определения теплового расширения статора с датчиком осевого перемещения корпусов подшипников, дополнительным блоком вычисления среднемассовой температуры статора и дополнительным блоком вычисления среднемассовой температуры ротора, блоком опреде- . ления прогиба диафрагмы, датчиками давления пара на выхлопе цилиндра, осевого сдвига ротора, температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на уплотнения, задатчиком начальной величины осевого зазора, тремя сумматорами, двумя делителями и двумя умножителями, причем блок определения режима работы (Л подключен входами к датчику давления пара в проточной части непосредственно и к датчику давления пара на выхлопе через первый функциональный преобразователь, а выходами - к входам блока определения прогиба диафрагмы, блока вычисления характерной сд температуры ротора и блоков вычисSI ления среднемассовой температуры KD ротора, датчики температуры металла статора дополнительно подключены к дополнительному блоку вычисления среднемассовой температуры статора, к входу дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры ротора подключен также выход блока вычисления характерной температуры ротора, датчики температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на уплотнения, подключены к входам блоков вычисления среднемассовой температуры ротора, выход основного блока вычисления среднемассовой температуры статора и выход

I

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при эксплуатации паровых турбин.

Известны устройства для эксплуатационного контроля осевых зазоров в проточной части цилиндра паровой турбины, содержащие датчик относител ного расширения ротора, установленный вне проточной части цилиндра и подключенный к регистрирующему прибору СОЭти устройства достаточно надежны, однако не обеспечивают необходимой точности контроля, так как не учитывают ряда эксплуатационных факторов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для эксплуатационного контроля осевых зазоров в проточной части цилиндра паровой турбины, содержащее блок вычисления среднемассовой температуры статора с подключенными к нему датчиками температуры металла статора, блок вычисления характерной температуры ротора с подключенными к его входам датчиком температуры пара в характерном сечении ротора и датчиком давления пара в проточной части цилиндра, блок вычисления среднемассовой температуры ротора, соединенный своими входами с выходом блока вычисления характерной температуры ротора и с датчиком давления пара

в проточной части цилиндра, датчики частоты вращения ротора и относителного расширения ротора и два функциональных преобразователя 2J. 5 Недостаток известного устройства несколько пониженная точность контроля из-за ограниченной точности учета теплового удлинения статора и отсутствия учета прогиба диафрагмы

to в контролируемом сечении, осевого сдвига ротора, влияния температур масла в подшипниках и пара в уплотнениях,, неравномерного по длине цилиндра изменения теплового распшfS рения ротора и статора в переходных режимах.

Цель изобретения - повьшение точности контроля путем учета влияния 20 температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на концевые уплотнения.

Для достижения поставленной 2 цели устройство для эксплуатационного контроля осевых зазоров в проточной части цилиндра паровой Турбины, содержащее блок вычисления среднемассовой температуры статора 30 с подключенными к нему датчиками . температуры металла статора, блок вычисления характерной температуры ротора с подключенными к его входам датчиком температуры пара в характерном сечении ротора и датчиком давления пара в проточной части цилинд ра, блок вычисления средиемассовой температуры ротора, соединенный своими входами с БЬКОДОМ блока вычисления характерной температуры ротора и с датчиком давления пара в проточной части цилиндра, датчики частоты вращения ротора и относительного расширения ротора и два функциональных преобразователя, снабжено блоком определения режима работы, блоком определении тепловог .расширения статора с датчиками перемещения корпусов подшипников, дополнительным блоком вычислен среднемассовой температуры статора и дополнительным блоком вычисления среднемассовой температуры ротора, блоком определения фогиба диафрагмы, датчиками давления пара на выхл пе цилиндра, осевого сдвига ротора, температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на уплотнения, задатчиком начальной величины осевого зазора, тремя сумматорами, двумя делителями и двумя умножителями, причем блок определения режима работы подключен входами к датчику давления пара в проточной части непосредственно и к датчику давления пара на выхлопе через первый функциональный преобразователь, а выходами - к входам блока определения прогиба диафрагмы, блока вычисления характерной температуры ротора и блоков вычисления среднемассовой температуры ротора, датчик температуры металла статора дополни тельно подключены к дополнительному блоку вычисления среднемассовой температуры статора, к входу дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры ротора подключен также выход блока вычисления характерной температуры ротора, дат чики температуры масла в подшипниках и температуры пара, подаваемого на уплотнения, подключены к входам блоков вычисления среднемассовой температуры ротора, выход основного блока вычисления среднемассовой тем пературы статора и выход блока опре деления теплового расширения статор подключены к входам первого делителя, выход которого вместе с выходом дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры статора подключен к входам первого умножите 14 ля, к входам первого сумматора подключены выход блока определения теплового расширения статора, датчик осевого сдвига ротора, датчик частоты вращения ротора через второй функциональный преобразователь и выход основного блока вычисления среднемассовой температуры ротора, к входам второгосумматора - датчик осевого сдвига ротора, датчик частоты вращения рото-. ра также через второй функциональный преобразователь, выход дополнительного блока вычисления среднемассовой температуры ротора и выход первого умножителя, выход первого сумматора подключен вместе с датчиком относительного расширения ротора к входам второго делителя, выход которого вместе с выходом второго сумматора подсоединен к входам второго умножителя, подключенного к входам третьего сумматора вместе с задатчиком начальной величины осевого зазора и выходом блока определения прогиба диафрагмы. На фиг, 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема блока вычисления характерной температуры ротора. Устройство содержит основной 1 и дополнительный 2 блоки вычисления среднемассовой температуры статора, к входам которых подключены датчики 3 температуры металла в сечениях статора, при этом к входам основного блока 1 подключены все датчики 3 температуры металла статора, а к входам дополнительного блока 2 подключена только часть этих датчиков, расположенных между упорным подшипником цилиндра и сечением статора, в котором контролируется изменение осевых зазоров. Основной 1 и дополнительный 2 блоки вычисления среднемассовой температуры статора выполнены в виде сумматоров-усилителей и различаются только количеством входов и разными коэффициентами усиления на входах. Выход основного блока 1 вычисления среднемассовой температуры статора подключен к входу первого делителя 4 вместе с выходом блока 5 определения теплового расширения статора, к двум входам которого подключены датчики 6 осевого перемещения корпусов подшипников цилиндра. Блок 5 выполнен в виде сумматора-усилителя, коэффициент усиления по входу, к которому подключей датчик осевого перемещения того из двух подшипников, который более удален от фикс-пункта турбины, равен +1,0, коэффициент усиления по входу, к которому подключен датчик осевого перемещения второго подшипника цилиндра, более близкого к фикс-пункту турбины, равен -1, Выход блока 5 подключен также к входу первого сумматора 7. Выход первого делителя 4 подключен к входу первого умножителя 8 вместе с выходом дополнительного блока 2 вычисления среднемассовой температуры статора, выход первого умножителя 8 - к входу второго сумматора 9.

Устройство содержит также блок 10 вычисления характерной температуры ротора с подключенным к его входу датчиком 11 температуры пара в характерном сечении ротора и блок 12 определения режима работы турбины с подключенным к его входу датчиком 13 давления пара в характерной точке проточной части цилиндра, например за его регулирующей или первой ступенью. К входу блока 12 определения режима работы подключен также через первый функциональный преобразователь 14 датчик 15 давления пара на выхлопе цилиндра. В качестве первого функционального преобразователя 14 использован множительный элемент, к обоим входам которого подключен датчик 15, таким образом, преобразователь 14 вьшолняет операцию возведения в квадрат. Выход блока 12 подключен к входу блока tO и к входам основного 16 и дополнительного 17 блоков вычисления среднемассовой температуры ротора, куда подключены также выход блока 10 вычисления характерной температуры ротора, датчики 18 температуры масла в подшипниках цилиндра и датчики t9 температуры пара, подаваемого на уплотнения цилиндра.

Выход основного блока 16 вычисления среднемассовой температуры ротора подключен к входу первого сумматора 7, а выход дополнительного блока 17 к входу второго сумматора 9. К входам первого сумматора 7, кроме блока 5 определения теплового расширения статора и выхода блока 16, подключены также датчик 20 осевого сдвига ротора и датчик 21 частоты вращения ротора через второй функциональный преобразователь 22. Датчик 21 частоты вращейня ротора второй функциональный преобразователь 22 и датчик 20 осевого сдвига ротора подключены также к входам второго сумматора 9.В качестве второго функционального преобразователя 22 использован множительный элемент, к обоим входам которого подключён датчик 21, таким образом, преобразователь 22 выполняет операцию возведения в квадрат входного сигнала. Выход первого сумматор 7 подключен к входам второго делител 23 вместе с датчиком 24 относительного распшрения ротора. Выход второго делителя 23 подключен к входам второго умножителя 25 вместе с выходом второго сумматора 9. Выход умножителя 25 соединен с одним из входов третьего сумматора 26, к входу, которого подключены также задатчик 27 начальной величины осевого зазора и выход блока 28 определения прогиба диафрагмь1, вход которого соединен с вторым выходом блока 12 определения режима работы турбины и с выходом первого функционального преобразователя 14.

Два блока вычисления среднемассовой температуры ротора, основной 16 и дополнительный 17, выполнены одинаково, каждый из них содержит мнжительный элемент 29, два линейных преобразователя 30 и 31 и сумматорусилитель 32 (на фиг. 1 показано выполнение только блока 16). Первый вход 1 ножительного элемента 29 соединен с одним входом блока 16, а второй вход через линейный преобразователь -30 - с другим входом блока 16. Линейныйпреобразователь 30 выполняет операцию усиления сигнала, поступакядёго на его вход, и суммирование его с заданной постоянной величиной. Выход мнсшительного элемента 29 соединен с первым входом сумматора-усилителя 32, вдорой вход которого соединен через линейный преобразователь 31 с входом блока 16 Линейные преобразователи 30 и 31 выполняют одинаковые преобразования, но имеют разные коэффициенты усиления и разные постоянные сигналы на входах. Третий и последующие входы сумматора 32 соединены с аналогичными входами блока 16.

Различие между блоками 16 и 17 определяется разными коэффициентами усиления на входах сумматора 32. Кроме того, к входам основного блока 16 подключают все датчики 18 и 19, а к входам дополнительного блока 17 - только те из них, которые установлены в сечениях между упорным подшипником цилиндра и сечением в котором контродц1руется изменение зазора. Блок 12 определения режима работ турбины состоит из функционального преобразователя 33, в качестве кото рого используется множительный элемент, оба входа которого соединены с входом блока 12, а выход подключе к первому входу сумматора 34, второ вход которого соединен также с входом блока 12. Один из двух одинаковых выходов сумматора 34 подключен входу функционального преобразователя 35, выход которого подсоединен к выходу блока 12, а выход сумматор 34подключен к второму выходу блока 12. Функциональный преобразователь 35выполняет операцию извлечения квадратного корня из входного сигнала. Блок 28 определения прогиба диафрагмы состоит из двзгх входных сумм торов-усилителей 36 и 37, двух функ циональных преобразователей 38 и 39 и выходного сумматора 40. Два входа каждого из сумматоров-усилителей 36 и 37 соединены соответственно с входами блока 28. Различие между ними заключается в разных коэффициентах усиления на входах, связанных с входами блока 28. Выход сумматора-усилителя 36 через функциональный преобразователь 38 подключен к первому входу выходного сумматора 40, а выход сумматора-уси лителя 37 через функциональный преобразователь 39 подключен к второму входу выходного сумматора 40. Оба функциональных преобразователя 38 и 39 одинаковы и выполняют операцию извлечения квадратного корня из вхо .ного сигнала. Блок 10 вычисления характерной температуры ротора (фиг. 2) состоит из входного сумматора 41, первый вход.которого подключен к первому -ВХОДУ блока,первый выход - к первом входу первого интегратора 42, второ выход - к первому входу промежуточного сумматора 43, а третий выход к первому входу выходного суютатора 44, выход которого соединен с выход блока 10. Три одинаковых выхода пер вого интегратора 42 соединены соответственно с входом второго интегратора 45, вторым входом выходного сумматора 44 и вторым входом промежуточного сумматора 43. Третий вход промежуточного сумматора 43 и третий вход выходного сумматора 44 соединены с двумя одинаковыми выходами второго интегратора 45 Выход промежуточного сумматора 43 подключен к первому входу делителя 46, второй вход которого через линейный преобразователь 47 соединен с вторым входом блока 10, а выход подключен к второму входу входного сумматора 41. Приведенная схема устройства соответствует случаю, когда контролируется изменение осевьгх зазоров в одном сечении цилиндра. При необходимости количество сечений, в которых осуществляется контроль, может быть увеличено. На каждое дополнительное сечение контроля в устройство необходимо ввести дополнительную цепочку, содержащую блок вычисления, аналогичный блоку 2, два умножителя, аналогичных умножителям 8 и 25, Два сумматора, аналогичных сумматорам 9 It 26f блок вычисления, аналогичный блоку 17, задатчик начальной величины осевого зазора, аналогичный задатчику 27, и блок определения прогиба диафрагмы, аналогичный блоку 28. Устройство работает следукицим образом. Сигналы от датчиков 3. температуры металла в сечениях статора суммируются в блоке 1 (с весовыми коэффициентами) , и на его выходе формируется сигнал по среднемассовой температуре всего статора t| . Суммирование части тех же сигналов в блоке 2 обеспечивает форш1рование сигнала по среднемассовой температуре части статора t j(, соответствукачей длине его участка между упорным подашпником и сечением, в котором контролируют изменение осевых зазоров. В блоке 5 определения теплового расширения статора из сигнала, поступающего от датчика, измеряющего осевое перемещение корпуса подшипника, наиболее удаленного от фикс-пункта турбины, вычитается сигнал от датчика, измеряющего осевое перемещение второго подщипника цилиндра. В результате на выходе блока 5 формируется сигнал по величине теплового расщирения всего статора цилиндра &t( , который в первом делителе 4 делится - 91 на неличину,пропорциональную сред- немассовой температуре всего статора t, , а затем в первом умножителе 8 умножается на величину, пропорцио нальную температуре ty , в резулы тате на выходе первого умножителя 8 формируется сигнал по величине теплового расширения части статора и хз заключенной между упорным подшипником и контролируемым сечением. В блоке 12 определения режима работы турбины сигнал от датчика 13 измеряющего давление Рр в характерной точке проточной части турбины, возводится в квадрат в функциональном преобразователе 33, и на выходе последнего получают сигнал, пропорциональный k(Pp). На второй вход блока 12 поступает сигнал, пропорциональный (PJ), который формирует ся на выходе первого функциональног преобразователя 14 в соответствии с сигналом по величине давления Pg на выхлопе цилиндра турбины, измеряемого датчиком 15. В сумматоре 34 из сигнала, пропорционального (Рр) вычитается сигнал, пропорциональный (Р.), и на его выходе получают сигнал, пропорциональный квадрату расхода пара G через цилиндр турбины. Этот сигнал поступает на второй выход блока 12 и через функциональный преобразователь 35, выполняющий операцию извлечения квадоатного корня, на первый выход блока 12. Таким образом, на первом выходе блока 12 формируется сигнал по величине расхода G пара, а на втором выходе блока - по величине квадрата G этого расхода. В блок 10 вычисления характерной температуры ротора поступает сигнал от датчика 11 по температуре t пара, омываницего ротор в ,р пара, омываницего ротор в характерном сечении. Этот сигнал поступает на первый вход входного сумматора 41, на выходе которого формируется сигнал по величине температуры tjj обогреваемой поверхности ротора в этом же сечении, поступающий на первый вход первого интегратора 42, на два других входа которо го поступает сигнал по величине тем пературы t pповерхности осевой расточки ротора с выхода второго интегратора 45 и сигнал по производной этой температуры --г с выхода пер 110 вого интегратора 42. А.пгебраическая сумма этих сигналов ( , , , „ - k,1-) представляет собой вторую df производную температуры , и ее последовательное интегрирование обеспечивает формирование на выходе первого интегратора 42 сигнала по-а на выходе второго интегратора 45 сигнала по t „р . В промежуточном сумматоре 43 фор.мйруется сигнал по величине теплового потока q на обогреваемой поверхности ротора, равный k, + icr-r- Который, в свою очередь, в dt делителе 46 делится на сигнал по величине критерия Био Bi, характеризующего интенсивность теплообмена между паром и ротором. Сигнал по величине Bi формируется в линейном преобразователе 47 в зависимости от величины расхода пара G, сигнал по которому поступает на второй вход блока 10 с первого выхода блока 12: Bi kpG + k. Сигнал, пропорциональный нтЧ, вычитается в сумматоре 41 из сигнала по величине температуры t пара, что обеспечивает на выходе последнего формирование сигнала по величине температуры . В вьлсодном сумматоре 44 формируется сигнал по величине характерной температуры tp ротора, пропорциональный сумме k9toj+ Це, который поступает на выход блока 10. Значения коэффициентов k - k зависят от кбнструктивных размеров ротора в характерном сечении. В основном блоке 16 вычисления среднемассовой температуры ротора сигнал по величине характерной тем- пературы ротора tp в множительном элементе 29 перемножается с сигналом А + k t-, iz постоянные коэффициенты), формируемым в линейном преобразователе 30 в зависимости от -величины расхода пара G, сигнал по которому поступает на вход преобразователя 30 с второго входа блока 16. Это произведение A,t поступает на первьй вход сумматораусилителя 32, на второй вход которого поступает сигнал Aj k,jG + Ц (k и k, - постоянные коэффициенты), формируемый на выходе линейного преобразователя 31. Сумма сигналов + Aj представляет собой сигнал,- пропорциональный среднемассовой температуре той части ротора которая омывается рабочим паром в проточной части турбины. Преобраз вание сигналов, поступающих в блок 16 от датчиков 18 температуры масла в подшипниках и датчиков 19 темпера туры пара, подаваемого на уплотнени цилиндра, обеспечивает формирование сигналов, пропорциональных среднема совым температурам участков ротора омываемых маслом и паром, подаваемым на упло тнения извне. Суммирование всех этих сигналов.обеспечивает формирование на выходе блока 16 сиг нала по среднемассовой температуре tf всего ротора. Аналогичным образом в дополните;льном блоке 17 форми руется сигнал, пропорциональный среднемассовой температуре ротора tj на участке между упорным подшипником и контролируемым сечением В блоке 28 формируется сигнал по величине прогиба диафрагмы в контролируемом сечении цилиндра следунщим образом. Во входном сумматоре-усилителе 36 формируется сигнал по величине квадрата давления пара Р перед диафрагмой путем суммирования с весовым Коэффициентом сигнала по G, поступающего на первый вход блока 28 с выхода блока 12, и сигнала по PJ , поступающего на второй вход блока 28 с выхода первого функционального преобразователя 14: ,G РВПреобразование этого сигнала в функциональном преобразователе 38, осуществляющем операцию извлечения квадратного корня, обеспечивает формирование сигнала по величине давления пара Р перед диафрагмой. Аналогичным образом на выходе входного сумматора-усилителя 37 формируется сигнал по величине квад рата давления пара Р за диафраг мой в контролируемом сечении Р| k,. + Р| (k - постоянный 12 копф)циент . а на выходе функционального преобразователя 39,- си1- нал по величине да1з.пения пара Р за диафрагмой. На выходе выходного сумматора ДО формируется сигнал, пропорциональный разности давлений Р и РЗ , которьи является сигналом по величине прогиба диафрагмы: ct k fP - Р t - 1C 1 . СигнсШ по частоте п вращения ротора от датчика 21 поступает на вход второго функциона-пьного преобразователя 22, на выходе которого формируется сигнал д по величине изменения длины ротора под воздействием центробежных сил, обусловленных вращением: Л«п где k,T- постоянный коэффициент. В первом сумматоре 7 путем вычитания из сигнала, пропорционального среднемассовой температуре всего ротора tj, поступающего от блока 16, сигнала d с пропорционального величине теплового расширения статора, поступающего от блока 5, сигналалР, пропорционального величине изменения длины ротора под воздействием центробежных сил, обусловленных вращением, поступающего от второго функционального преобразователя 22, и суммирования с сигналом utg t пропорциональным осевому сдвигу ротора, поступающего от датчика 20, получают сигнал, пропорциональный расчетной величине «Л относительного расширения всего ротора: .fP- г. t-P - - &t + ut где - постоянный коэффициент. Аналогичным образом во втором сумматоре 9 получают сигнал, пропорциональный величине rfJ относительного расширения участка ротора между, упорным подшипником и контролируемым сечением «А Vx - +ЛР где постоянный коэффициент. При этом учитывается, что измеение длины ротора под воздействием ентробежных сил в контролируемом сечении меньше величины отнОшение между примерно равно отношению длины участка ротора между упорным подшипником и контролируемым сечением к полной длине ротора.

На первый вход второго делителя 23 поступает сигнал по величине ff , поступающий с выхода первого сумматора 7, а на второй его вход от датчика 24 - сигнал по замеренной величине относительного расширения (f всего ротора. На выходе второго делителя 23 формируется сигнал по отношению сЛ/ сЛ . Последующее перемножение этого сигнала, поступающего на первый вход второго умножителя 25 с сигналом сЛ, поступанидим на второй вход с выхода второго сумматора 9, обеспечивает формирова1ше сигнала ( , пропорционального величине изменения осевых зазоров в контролируемом сечении вследствие действия центробежных сил, осевого сдвига ротора и теплового расширения статора.Этот сигнал по величине с прогиба диафрагмы в контролируемом сечении, формируемый блоком 28 в зависимости от режима работы турбины, вычитается в третьем сумматоре 26 из сигнала по величине начального осевого

зазора 4v определяемого задатчиком 27. В результате на вьгходе третьего сумматора получают сигнал по величине фактической величины осейого зазора в контролируемом сечении, которьй далее поступает на показывающие, регистрирующие и сигнализирующие устройства.

Таким образом, в процессе работы турбины постоянно формируется сигнал, определяющий величину фактического осевого зазора в контролируемом сечении цилиндра турбины, который учитьшает все факторы, определяющие изменение этого зазора. Это позволяет уменьшить величину запаса при задании допустимых изменений осевых зазоров и определяемых ими относительных расширений роторов, обусловленных изменением температурного состояния в переходных режимах пуска и остановки. В результате повышается маневренность турбины при сохранении величины осевого зазора или при тех же маневренных качествах турбины появляется возможность уменьшения величины осевого зазора, что повьш1ает экономичность турбины.

Фиг2