Устройство для контроля теплового состояния ротора турбины Советский патент 1986 года по МПК F01D19/02 

.1204750

памяти этого блока, а выход блока дам блоков определения температуры формирования сигнала по начальной обогреваемой поверхности и характер- температуре ротора подсоединен к вхо- ной температуры.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации управления режимами работы паровых турбин, например, при пусках.

Цель изобретения - повьшюние точности контроля.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - схема блока определения температуры обогреваемой поверхности; на фиг. 3 - схема блока определения характерных температур ротора.

Устройство (фиг. 1) содержит датчик 1 температуры пара вблизи характерной точки ротора турбины, датчик 2 режима работы турбины, подключенные к входам блока 3 формирования входного сигнала, состоящего из функционального (линейного) преобразователя 4 и умножителя 5. Первый -вход умножителя 5 соединен с датчиком 1 температуры пара, второй вход умножителя 5 соединен с выходом функционального преобразователя 4, вход которого через вход блока 3 соединен с датчиком 2 режима работы. В качестве датчика 2 режима работы турбины используется как правило датчик давления пара в характерной точке проточной части. В качестве такого датчика могут использоваться также датчик частоты вращения, датчик мощности турбины или датчик расхода пара через турбину.

Устройство содержит также блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора, два одинаковых блока 7 и 8 определения характерной температуры ротора, два выходных сумматора 9 и 10, генератор 11 тактовых импульсов, блок 12 формирования сигнала по начальной температуре ротора, содержащий датчик 13 температуры металла статора, управляемый концевым выключателем 14, размыкатель 15 стопорного клапана, элемент 16 памяти и функциональный преобразователь 17. Размыкатель 15 установлен в цепи связи датчика 13 с элементам 16 памяти, выход которого через функциональный (нелинейный) преобразователь 17 подключен к выходу блока 12. В качестве функционального преобразователя 17 может быть использован умножитель, оба входа которого соединены с выходом элемента 16 памяти.

Вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора соединен с одним из выходов блока 3 формирования входного сигнала, другой выход которого подключен ко входу блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности. К входу блока 6 подключены также выход блока 7 определения первой характерной

температуры ротора и выход блока 8 определения второй характерной температуры ротора. Вход блока 6 соединен также с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре

ротора и с выходом генератора 11 тактовых импульсов.

Соединения входов блоков 7 и 8 определения характерных температур ротора с другими блоками и элементами устройства выполнены идентично. Входы обоих блоков 7 и 8 соединены с выходом блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора « Вход блока 7 (8) соединен также

с выходом блока 8 (7) и подключен к выходу блока 12 формирования сигнала по начальной температуре ротора и к выходу генератора 11 тактовых импульсов. Выходь блока 7 (8) подключены к входам блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности Выход блока 7 определения первой характерной температуры ротора подключен к входу первого выходного

сумматора 9 вместе с выходом блока 6 определения температуры обогреваеой поверхности ротора, и к входу второго выходного сумматора 10 вмес3 . 1

те с выходом блока 8 определения второй характерной температуры ротора. Выходы сумматоров 9 и 10 и выход блока 7 подключены к показывающим приборам 18, 19, 20 и могут использо ваться в системе автоматического регулирования турбины.

Блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора (фиг. 2) состоит из входного сумматора 21, входы которого соединены с входами блока 6 и выход которого подключен к первому входу делителя 22, к второму входу которого подключен выход первого дополнительного сумматора 23, выход делителя 22 соединен через вход блока 6 с генератором тактовых импульсов 11. Выход элемента 24 памяти подключен параллельно к входу линейного преобразователя 26 и к первому входу умножителя 27, второй вход которого соединен с выходом линейного преобразователя 26. Выход преобразователя 26 подключен также к входу первого дополнительного сумматора 23, соединенного также своим входом с входом блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности, а выходом- с входом делителя 22. Выход линейного преобразователя 26 подключен к первому входу второго дополнительного сумматора 28, второй вход которого через вход блока 6 соединен с блоком 12 формирования сигнала по начальной температуре. Выход сумматора 28 подключен к первому выходу блока 6, второй выход блока 6 соединен с выходом делителя 22.

Каждый из блоков 7 и 8 определения характерных температур ротора (фиг. 3) включает элемент 29 памяти с переключателем 30 на входе, соединенным через вход блока 7 (8) с генератором 11 тактовых импульсов, дополнительные сумматоры 31, 32 и 33 функциональный (нелинейный) преобразователь 34 и функциональный (линейный) преобразователь 35, дополнительный элемент 36 памяти с переключателем 37 на входе и умножитель 38. Выход элемента 29 памяти подключен параллельно к выходу блока 7 (8), к входу сумматора 32 и сумматора 31, входы которого соединены соответственно с входами блока 7 (8), а выход которого через умножитель 38 подключен к входу сумматора 32. Выход сумматора 32 подключен парал047504

лельно к выходу блока 7 (8), к входу элемента 29 памяти через переключатель 30 и к входу сумматора 33, соединенному также через вход блоg ка 7 (8) с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре, а выход подключен к входу функционального (нелинейного) преобразователя 34, параллельно соединен10 ноге выходом с выходом блока 7 (8) и через функциональный (линейный) преобразователь 35 и переключа- : тель 37 - с элементом 36 памяти. Выход элемента 36 памяти подключен

(5 к входу умножителя 38,

Устройство работает следующим образом.

На выходе датчика 1 температуры пара вблизи характерной точки рото2Q ра вырабатывается сигнал, пропорциональный температуре t ( i) пара вблизи характерной точки ротора в настоящий момент времени о . На выходе датчика 2 режима работы формируется

25 сигнал, пропорциональньш расходу G() пара через проточную часть турбины. При наличии в схеме аналого- цифровых преобразователей сигналы от датчика 1 температ фы пара и от датчика 2 режима работы турбины поступают на входы блока 3 формирования входного сигнала в цифровом виде, в противном случае - в аналоговом виде.

В качестве функционального преоб- 3S/„ „

разователя 4 используют линеиньш преобразователь, на его выходе формируется сигнал, пропорциональньш критерию Био Bi( J) 0(6-) в данный момент времени, где К, - постоянные величины, определяемые по результатам расчеты данной турбины на переменные режимы.

Сигнал с первого выхода функционального преобразователя 4 поступает на вход умножителя 5, где перемножается с сигналом, пропорциональньм температуре t(t) пара. Полученный сигнал t (о) . Bi( o) через выход блока 3 формирования входного сигнала 0 поступает на вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. На вход этого же блока 6 поступает сигнал по величине Bi( b ) с выхода блока 3. На выходе 55 датчика 13 температуры металла статора вырабатывается сигнал, пропорциональньш температуре ) металла статора турбины в данный момент вре-

30

40

45

10

мени. Датчик 13 устанавливают таким образом, чтобы при отсутствии расхода пара через турби} у измеряемая им температура и температура металла ротора в контролируемом сечении были бы близки. Отсутствие расхода пара определяется закрытым стопорньм клапаном (не показан), при этом концевой выключатель 14 замкнут, и формируемый им сигнал, управляющий размыкателем 15, обеспечивает перевод последнего в положение 1, при котором цепь подключения датчика 13 к элементу 16 памяти замкнута и элемент 16 памяти отслеживает сигнал по температуре )) металла статора. В качестве элемента 16 памяти может быть использован интегратор с малой постоянной времени интегрирования. При открытии стопорного клапана и но- Q даче пара в турбину концевой выклю- чателть 14 размыкается, что приводит к переводу размыкателя 15 в положение О, при котором цепь, соединяющая датчик 13 и элемент 16 памяти, разорвана Элемент 16 памяти запоминает значение температуры t(C) ме- . талла статора в момент начала подачи пара в турбину, которое при дальней пей работе устройства принимается за начальное значение t температу30

|.

25

ры металла ротора. Сигнал по t поступает на вход функционального (нелинейного) преобразователя 17, который реализует зависимость Т t(,5K t), где К - постоянная величина, характеризующая изменение коэф Ьициента теплопроводности металла ротора при изменении его температуры. Величину Т называют модельной температурой. Таким образом, на выходе функционального преобразователя 17 формируется сигнал по величине ,. (1-0,5К t|) начальной модельной температуры ротора, который поступает на вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности и на вход каждого из двух блоков 7 и 8 определения характерной температур.

Генератор 11 тактовых импульсов через каждый интервал времени iC производит кратковременное включение переключателей 25, 30, 37 в блоках 6, 7, 8. В результате этого на

35

40

45

При этом блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности рото- 25 ра работает следующим образом. На входы входного сумматора 21 с входа блока 6 поступают следующие сигналы: сигнал t (1;) Bi( f), сигналы по величинам 0 (1)) и 9р (ь) и сигнал по величине начальной модельной температуры Т ротора. На выходе входного сумматора 21 формируется сигнал по сумме

) . Bi(f)+H,()(c)),

где Н, , Н,, Нд - постоянные коэффициенты.

Далее этот сигнал поступает на вход делителя 22, где производится его деление на величину сигнала б (() поступающего с выхода дополнительного сумматора 23. На выходе делителя 22 вырабатывается при этом сигнал., пропорциональный температуре tgj( t) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени , поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности. Так как срабатывание переключателя 25, управляемого генератором 11 тактовых импульсов, происходит через интервал времени & , то в элементе памяти 24 в момент f срабатывания переключателя 25 находится величина 1). (С- af) температуры обогреваемой поверхности в момент време50

одном выходе блока 6 формируется сиг- ни D - , соответствующий предыдущему

нал по относительной модельной температуре Spg CL-U L) обогреваемой поверхности ротора, а на втором вы

Q

6

ходе этого же блока формируется сигнал по фактической температуре

ОВ

(f) обогреваемой поверхности

ротора в данный момент времени.

На выходах блока 7 определения первой характерной температуры формируются сигналы по величинам относительной модельной среднегштеграль- ной температуры 8(0) и б () соответственно и сигнал по фактической величине среднеинтегральной температуры t( C ) ротора в данный момент времени.

На выходах блока 8 определения второй характер -юй температуры формируются сигналы по величинам относительной модельной температуры поверхности осевой расточки ротора 0р( о) и 9р (C-U L) соответственно и сигнал по фактической величине

Q

0

5

0

5

температуры tp(T)

осевой расточки в данный момент времени.

При этом блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности рото- 25 ра работает следующим образом. На входы входного сумматора 21 с входа блока 6 поступают следующие сигналы: сигнал t (1;) Bi( f), сигналы по величинам 0 (1)) и 9р (ь) и сигнал по величине начальной модельной температуры Т ротора. На выходе входного сумматора 21 формируется сигнал по сумме

) . Bi(f)+H,()(c)),

где Н, , Н,, Нд - постоянные коэффициенты.

Далее этот сигнал поступает на вход делителя 22, где производится его деление на величину сигнала б (() поступающего с выхода дополнительного сумматора 23. На выходе делителя 22 вырабатывается при этом сигнал., пропорциональный температуре tgj( t) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени , поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности. Так как срабатывание переключателя 25, управляемого генератором 11 тактовых импульсов, происходит через интервал времени & , то в элементе памяти 24 в момент f срабатывания переключателя 25 находится величина 1). (С- af) температуры обогреваемой поверхности в момент време0

срабатыванию переключателя 25. Сигнал по этой величине поступает в линейный преобразователь 26, на выходе

которого формируется сигнал по величине 1-0,5K,t jij ( о-u C)J , перемножение которого в умножителе 27 с сигналом

по величине t (Т-i J) обеспечивает иь

формирование на выходе последнего сигнала по величине модельной температуры Т (C-ut) обогреваемой поверх° х л

ности ротора в момент времени с -&i,. В дополнительном сумматоре 28 из сигнала по величине Т (C-u t) вычитаетОБ

ся сигнал по величине начально-й модельной температуры Т, и на его выходе формируется сигнал по относитель ной модельной температуре Q (о-и) обогреваемой поверхности ротора в момент времени с -йС, поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. Сигнал по величине ri-0, (с-л) с выхода преобразователя 26 поступает также на вход дополнительного сумматора 23, на выходе которого получают сигнал по величине Q (t)Bi( L) + +Н,1-0,5 ().

Блок 7 определения первой характерной температуры работает следующим образом. На вход элемента 29 памяти при включенном переключателе 30 поступает сигнал, пропорциональный относительной модельной среднеинтегральной темпера- :туре § () в настоящий момент времени t. Генератор тактовых импульсов через каждый интервал времени Л производит кратковременное включение пе- реключателя 30. В результате на вход сумматора 31 от элемента 29 памяти поступает сигнал по температуре eCC-ut). Одновременно на вход сумматора 31 через вход блока 7 поступает сигнал по относительной модельной температуре 9;, (-&) обогреваемой поверхности с выхода блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности, а на вход сумматора 31 через вход блока 7 определения первой характерной температуры поступает сигнал по относительной модельной температуре 9. (-at) осевой расточки ротора. Сигнал, пропорциональный сумме перечисленных температур с весовыми коэффициентами, в умножителе 38 перемножается с сигналом по величине температуропроводности а( с-лС), металла ротора, зависящей от среднеинтегральной температуры tCC-uC) ротора в момент времени С - Ли Сумма получаемого на выходе умножителя 38 сигнала с сигналом по величине модельной относитель;

ной температуры 9 ( С-й ), которую формирует сумматор 32, представляет собой сигнал по относительной модельной температуре 9() в настоящий момент времени С . При этом используется следующая зависимость

&Гь)5(с-лс)с,ер(-ь-,ис,ё(с-ьг) + 4-Сз9( +бсгФде)

где С,, С, Cj - постоянные для данного ротора коэффициенты.

Сигнал по величине & (t) поступает на выход блока 7 определения первой

характерной температуры и на один из входов сумматора 33, на другой вход которого через вход блока 7 поступает сигнал по начальной модельной температуре Т ротора. На выходе сумматора 33 получают сигнал по модельной среднеинтегральной температуре ротора T(t) в настоя1ций момент времени . Функциональный (нелинейный) преобразователь 34 реализует

следующую зависимость

t (С к l -л11-2К Т(о) ,

в результате чего на его выходе получают сигнал по величине средне- интегральной температуры t( c ) ротора в настоящий момент времени.-Этот сигнал поступает на выход блока 7 и на функциональный преобразователь 35, который формирует сигнал по величине температуропроводности металла

5( D).t(), где а - температуропроводность

металла ротора при нулевой температуре;

К - постоянный коэффициент, характеризующий изменение температуропроводности металла ротора в зависимости от

45

I

температуры.

В настоящий момент времени с в элементе 36 памяти хранится значение температуропроводности аСо-аС), определенное по величине среднеинте50 гральной температуры t(t-u (i) в предшествующий момент i;-OC .При срабатывании переключателя 37 происходит замена значений температуропроводности. Блок 8 определения второй харак55 терной температуры ротора - температуры осевой расточки t-C c) работает аналогично. При этом реализуется зависимость

5plt) ap(C-ut4 b,9p( JtAtUb,9( 9,Jt-.t).),

где b ,, b 2,

b- - постоянные коэффициенты,

При этом один функциональный пре-. образователь формирует сигнал по величине температуры осевой расточки

t,r) i 4ir2K;v j,

а другой функциональный преобразователь формирует сигнал по величине температуропроводности металла, соответствующей температуре осевой расточки ротора,

ap(C)aJl-K tp(t),

Для повышения точности определения температурного состояния ротора число блоков определения характерных температур может быть увеличено. При

этом структура блоков остается аналогичной структуре блоков 7 (8), увеличивается только число входов сумматора 31, которое равно числу блоков определения характерных температур плюс один вход. Аналогичные изменения вносятся в блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности: число входов входного сумматора 21 всегда равно числу блоков определения характерной температуры плюс два входа.

Выходные сумматоры 10 и 9 формируют сигналы, пропорциональные напряжениям бор и d на-поверхности осевой расточки ротора и на обогреваемой поверхности ротора соответственно. Эти сигналы поступают на показывающие приборы 18 и 19.

Составитель А.Калашников Редактор М.Товтин Техред Т.Тулик Корректор М.Демчик

Заказ 8501/31 Тираж 496 Подписное ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П1Ш Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4