Система регулирования и защиты паровой турбины Советский патент 1993 года по МПК F01D17/20 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и защиты энергетических паровых турбин.

Цель изобретения - повысить надежность турбины путем перенастройки системы регулирования при рассогласовании электрической нагрузки и мощности, вырабатываемой турбиной с последующим закрытием стопорного клапана в случае отказа системы регулирования.

Сущность изобретения: система регулирования и защиты паровой турбины содержит насос-регулятор, трансформатор давления с золотником и пружиной, отсечной золотник и гидравлический сервомотор. Трансформатор давления, отсечной золотник и сервомотор подключен на напор насоса-регулятора и соединены между собой

гидравлической импульсной линией. Система имеет также масляный выключатель с электромагнитом и золотником, подключенным к напору насоса-регулятора и стопорный клапан, привод которого подключен к межпоясковой полости золотника масляного выключателя.

Новым является то, что система снабжена сумматором электрических сигналов, датчиком электрической нагрузки турбины, размыкателем, кинематически связанным со стопорным клапаном, и вторым масляным выключателем. Трансформатор давления снабжен устройством для изменения натяжения пружины трансформатора давления с датчиком положения его регулировочного винта, содержащим образующий с корпусом трансформатора давления надщ

О SI

CJ

поршневую и подпоршневую камеры поршень с дифференциальным отростком, рас- положенный в расточке поршня и кинематически связанный с регулировочным винтом золотник с цилиндрическим отростком и поршеньками. Поршеньки образуют первую межпоясковую полость. На цилиндрический отросток золотника свободно надет Подпружиненный поршенек, образующий со смежным с ним поршеньком золотника вторую межпоясковую полость, сообщенную с первой межпоясковой полостью отверстием в смежном поршеньке. Подвижный поршенек отделяет также вторую межпоясковую полость золотника от подпоршневой камеры.

Пружина трансформатора давления расположена в подпоршневой камере и имеет возможность контактировать с торцевой поверхностью поршня. Надпоршневая камера устройства снабжена со второй межпоясковой полостью его золотника и с подпоршневой камерой через регулирующие окна в дифференциальном отростке поршня, при этом первая межпоясковая полость золотника устройства через полярное окно в дифференциальном отростке поршня гидравлически соединена с,межпоясковой полостью золотника второго масляного выключателя.

Входы сумматора электрических сигналов подключены к выходам датчика положения регулировочного винта и датчика электрической нагрузки турбины. Выход сумматора электрических сигналов подключен к электромагниту второго масляного выключателя напрямую и к электромагниту первого масляного выключателя - через размыкатель.

Новым является также то, что между размыкателем и электромагнитом первого масляного выключателя установлено реле времени., .

Кроме того, новым является то, что напорное окно устройства для изменения натяжения пружины трансформатора давления выполнено так, что при крайнем нижнем положении поршня и регулировочного винта открытая часть окна не превышает величины хода золотника трансформатора давления, необходимого для вывода трансформатором давления остановленной турбины на Холостой ход.

Схема предлагаемой системы регулирования и защиты паровой турбины изображена на чертеже.

Система содержит насос-регулятор 1, выполненный заодно с ротором паровой турбины, трансформатор давления 2, отсечной золотник 3, сервомотор 4, парораспределение 5, первый масляный выключатель6, второй масляный выключатель 7, стопорный

клапан 8, реле времени 9, датчик 1.0 электрической нагрузки турбины, сумматор 11

электрических сигналов.

Масло высокого давления от насоса-регулятора 1 по линии 12 подведено к камере 13 трансформатора давления 2, к дроссельной диафрагме 14 импульсной линии 15, к

межпоясковой полости 16 золотника 17 первого масляного выключателя 6 и к окну 18 золотника 19 второго масляного выключателя 7, а также в межпоясковую полость золотника 21 отсечного золотника 3,

5 Трансформатор давления 2 содержит золотник 22, уравновешенный пружиной 23, и имеет устройство для изменения натяжения пружины 23, содержащее поршень 24 в дифференциальным отростком 25, который

0 в сборе с корпусом 26 образует надпоршне- вую 27 и подпоршневую 28 камеры, в расточке поршня 24 расположен золотник 29 с поршеньками 30, 31 и цилиндрическим отростком 32. На цилиндрический отросток 32

5 с буртиком свободно надет поршенек 33, подпружиненный пружиной 34. Поршеньки 30,31 и поршенек 33 образуют первую межпоясковую полость 35 и вторую межпоясковую полость 36, соединенные между собой

0 отверстием 37 в поршеньке 31. Поршенек 33 отделяет вторую межпоясковую полость 36 от подпоршневой камеры 28, в которыми надпоршневая камера 27 сообщена через регулирующее окно 38. Регулирующий винт

5 39 кинематически связан с золотником 29 и посредством конуса 40 - с датчиком 41 положения устройства для изменения натяжения пружины 23 трансформатора давления 2. Через регулирующее окно 42 и межпо0 исковую полость 43 золотника 22 трансформатора давления 2 импульсная линия 15 сообщена с линией 44 всасывания насоса- регулятора 1. -Импульсная линия 15 подведена также к камере 45 отсечного золотника

5 3. и к щели 46 обратной связи сервомотора 4. Золотник 21 подпружинен пружиной 47, торцевая камера 48 отсечного золотника 3, как и подпоршневая камера 28 подключены к линии 44 всасывания насоса-регулятора 1.

0 К этой же линии 44 подключены межпояско- вые полости 49 и 50 золотника 21 и камера 51 сервомотора 4. Поршень 52 рычажной системой 53 соединен с паровпускным клапаном 54 парораспределения 5. Верхняя ра5 бочая полость 55 и нижняя рабочая полость 56 сервомотора 4 каналами 57 и 58 соединены с окнами 59 и 60 отсечного золотника 3. Конечный размыкатель 61 кинематически связан с конусом 62 и, тем самым, с поршнем 52 сервомотора 4. Масляные выключатели б и 7 имеют электромагниты 63. 64, 65 и 66. Паровой клапан 67 стопорного клапана 8 штоком 68 соединен с поршнем 69, подпружиненным пружиной 70. Камера 71 линией 72 сообщена с межпоясковой полостью 16 золотника 17 первого масляного выключателя 6. Вход стопорного клапана 8 подключён к главному паропроводу 73 и его выход - к парораспределению 5. Выход парораспределения каналом 74 сообщен с паровой турбиной (на чертеже не изображена). Межпоясковая камера 75 окном 76 и каналом 77 соединена с кольцевой камерой 78 и из нее через напорное окно 79 с первой межпоясковой полостью 35 золотника 29 устройства для изменения натяжения пружины 23 трансформатора давления 2. Через окно 18 межпоясковая полость 75 сообщена с линией 12 масла высокого давления насоса-регулятора 1. Датчик 10 электрической нагрузки турбины выполнен по типу ватт- метрового элемента и подключен к шинам 80 ее генератора (на чертеже не изображен). Сигналы 81 и 82 датчиков 10 и 41 доведены на вход сумматора 11. Результирующий сигнал 83 сумматора 11 напрямую подведен к электромагниту 65 второго масляного выключателя 7 и к входу конечного размыкателя 61, кинематически соединенного с сервомотором 4. Линия 84 соединяет выход конечного размыкателя 61 с реле времени 9 и линией 25 - выход реле времени 9 -с электромагнитом 63 первогомасляного выключателя 6. Линиями 86 и 87 электромагниты 64 и 65 подключены к источнику электрического тока (на чертеже не изображен).

Система работает следующим образом: все элементы регулирования и защиты турбины на чертеже показаны в положении, соответствующем установившемуся режиму работы турбины. Турбина вырабатывает, и генератор отдает по шинам 80 в электрическую сеть некоторую мощность. При этом частота вращения насоса-регулятора 1 него напор на всех энергетических режимах определяется частотой переменного тока в сети. Открытие рабочих окон 42 трансформатора давления 2 и щели обратной связи 46 сервомотора 4 таково, что давление масла в импульсной линии 15 и в камерах 45,48 равны минимальному значению и золотник 21 находится в среднем положении, при котором поршеньки золотника 21 перекрывают окна 59 и 60 и Отсекают рабочие полости 55 и 56 сервомотора 18 от межпоясковых полостей 49, 50 отсечного золотника 3. Конус 62 замыкает концевой размыкатель 61. Масло высокого давления по линии 12 подведено в межкоясковые полости 16, 20. 75. Из межпоясковой полости 16 масло высокого давления по каналу 72 поступает в камеру 71 и, сжимая пружину 70, удерживает поршень 69 в верхнем положении. При этом клапан 67 открыт, и свежий 5 пар по трубопроводу 73 поступает через стопорный клапан 8 в парораспределение 5 и по каналу 74 - в паровую турбину. Из межпоясковой полости 75 масло высокого давления по каналу 77 поступает в межпо0 ясковую полость 78 и через окно 79 - в межпоясковую полость 35 и из нее через отверстие 37 в межпоясковую полость 36. Давление масла в межпоясковой полости 36 действует на кольцевую площадь поршень5 ка 33 и, снимая пружину 34, перемещает его вдоль цилиндрического отростка 32 до упора в его буртик. Конус 40 устанавливает подвижную часть датчика 41 положения регулирующего винта 39 так, что его сигнал

0 82 равен сигналу 81, пропорциональному Электрической нагрузке генератора. При этом результирующий сигнал 83 сумматора 11 равен нулю. Поршень 24 с дифференциальным отростком 25 находится в положе5 нии, в котором натяжение пружины 23 трансформатора давления 2 соответствует требующемуся значению. Для увеличения мощности турбины, включенной в общую электрическую сеть, необходимо завинтить

0 на соответствующую величину регулирующий винт 39. При этом золотник 29 и поршенек 33 переместятся вниз и сообщат межпоясковую полость 36 через окно 38 с надпоршневой камерой 27. Под действием

5 масла высокого давления на кольцевую поверхность поршня 24 поршень 24 переместится вниз так, что поршень 33 перекроет рабочее окно 38 и посредством пружины 23 переместит вниз золотник 22 трансформа0 тора давления 2. В результате открытие окна 42 увеличится, давление масла в импульсной линии 15 понизится, и золотник 21 под действием пружины 47 переместится вниз. Смещение золотника 21 приводит к

5 тому, что верхняя полость 55 сервомотора 4 по каналу 57 сообщится через окно 59 с межпоясковой полостью 20, а его нижняя полость 56 по каналу 58 через окно 60 и межпоясковую полость 49 соединится с ли0 нией всасывания 44 насоса-регулятора 1. Под действием масла высокого давления поршень52 будет перемещаться вниз до тех пор, пока уменьшение кольцевого зазора щели 46.обратной связи по положению пор5 шнк 52 сервомотора 4 не компенсирует увеличение сливной площади окна 42. происшедшее в результате завинчиваний регулирующего винта 39 трансформатора давления 2. При этом рычаг 53 увеличит открытие клапана 54 парораспределения 5 и, соответственно, увеличит электрическую мощность турбины. Пропорционально увеличению мощности, вырабатываемой турбиной, увеличится и величина электрического сигнала 81 датчика 10, однако и конус 40 даст команду датчику 41 в такой же мере увеличить сигнал 82. Результирующий сигнал 83 сумматора 11 по прежнему остается равным нулю.

Разгружение турбины производится путем вывинчивания регулирующего винта 39. Под действием пружины 24 и давления масла высокого давления золотник 29 будет перемещаться вверх вслед за регулирующим винтом 39. Окно 38 сообщает надпоршне- вую камеру 27 с подпоршневой камерой 28, в результате чего часть масла из надпорш- невой камеры 27 переливается в подпорш- невую камеру 28, и поршень 24 переместится вверх в положение, при котором поршенек 33 перекроет окно 38 и отсечет надпоршневую камеру 27 как от межпоясковой полости 36, так и от подпоршневой камеры 28. Поскольку натяжение пружины 23 при перемещении поршня 24 вверх уменьшается, а напор насоса-регулятора 1, на который подключен золотник 22 трансформатора давления 2, сохраняется прежним (частота вращения насоса-регулятора 1 определяется частотой электрического тока в сети), то золотник 22 соответственно сместится вверх и прикроет слив масла из импульсной линии 15 через окно 42 и межпоясковую полость 43 в линию всасывания насоса-регулятора 1. Давление масла в импульсной линии 15 повышается, золотник 21 и поршень 55 перемещаются вверх и прикрывают расход пара в турбину через клапан 54. Мощность, вырабатываемая турбиной, и сигнал 81 уменьшаются, но при этом уменьшается также сигнал 82 датчика 41 и результирующий сигнал 83 Сумматора 11 сохраняется равным нулю.

Рассмотрим работу системы при резком изменении электрической нагрузки турбины, учитывая, что главный интерес представляет резкий сброс нагрузки (наброс нагрузки осуществляется плановым порядком).

При резком сбросе электрической нагрузки происходит рассогласование сигналов 81 и 82, и результир ующий сигнал 83 поступает на электромагнит 65 второго масляного выключателя 7. Якорь электромагнита 65 перемещает золотник 19 вверх, .перекрывает напорное окно 18 и сообщает межпоясковую полость 75 со сливом. Соответственно межпоясковые полости 78, 35 и 36 сообщаются со сливом масла в маслобак

(на чертеже не показано), и поршенек 33 под действием пружины 34 перемещается по цилиндрическому отростку 32 вверх, открывает окно 38 и сообщает надпоршневую камеру 27 с подпоршневой камерой 28. Под действием пружины 23 поршень 24 перемещается вверх в положение, соответствующего настройке системы регулирования на холостой ход турбины. Как уже пояснялось

0 выше, золотник 22 переместится вверх, и сервомотор 4 прикроет клапан 54 до положения, соответствующего холостому ходу турбины. Концевой размыкатель 61 настроен так, что в указанном положении конуса

5 62 (холостой ход турбины) его контакты разомкнуты. В результате сигнал 83 на электромагнит 85 первого масляного выключателя 6 не поступает, и стопорный клапан 8 не закрывается. Таким образом,

0 турбина осталась на холостом ходу, и ее можно нагружать повторно.

В случае, если система регулирования по причине своей неисправности не переведет турбину на режим холостого хода, то

5 концевой размыкатель 61 не разомкнется, и сигнал 83 сумматора, в конечном счете, поступит на электромагнит 63 первого масляного выключателя 6. Якорь электромагнита 63 переместит золотник 17 вверх, отсечет

0 межпоясковую полость 16 от линии 12 и сообщит ее и камеру 71 со сливом масла в маслобак. Под действием пружины 70 поршень 69 закроет клапан 67 и прекратит доступ пара в турбину. Для запуска паровой

5 турбины и принятия электрической нагрузки необходимо предварительно взвести первый масляный выключатель 6 и второй масляный выключатель 7 путем подачи на электромагниты 64 и 66 напряжения тока по

0 линиям 86 и 87. Под действием электромагнитов 64, 66 золотники 17,19 переместятся вниз и обеспечат подачу масла высокого давления в соответствующие камеры и межпоясковые полости.

5 Реле времени 9 предназначено для исключения ложного срабатывания первого масляного выключателя 6 в момент переходного процесса регулирования, когда сервомотор еще не успел переместить клапан 54

0 в положение холостого хода и не разомкнул концевой размыкатель 61, Сумматор 11 может быть оснащен пороговым реле (на чертеже не изображено), назначение которого заключается в том, чтобы результирующий

5 сигнал 83 формировался при величине рассогласования сигналов 81 и 82 не меньше заданного значения, т, е. в конечном счете, для исключения ложных срабатываний системы при незначительных рассогласованиях сигналов 81 и 82.

Повторное нагружение турбины после сброса электрической нагрузки генератора и срабатывания второго масляного выключателя 7 необходимо производить лишь после перевода регулирующего винта 39 в положение, соответствующее полностью закрытому паровпускному клапану 54 парораспределения 5. Если это не выполнить и взвести второй масляный выключатель 7, то масло высокого давлений поступит в межпо- ясковую полость 36, переместит поршенек 33 по цилиндрическому отростку 32 вниз до упора в его буртик и соединит надпоршне- вую камеру 27 с межпоясковой полостью 36. Поршень 24 переместится вниз в положение, которое он занимал до срабатывания масляного выключателя 7, В результате паровпускной клапан 54 также займет свое прежнее положение и пропустит в турбину прежнее количество пара. Турбина в это время отключена от электрической нагрузки, что приведет к интенсивному разгону ее ротора, которое будет продолжаться до тех пор, пока система регулирования не переведет паровпускной клапан 54 в положение хода турбины или не сработает регулятор безопасности.

Такой неуправляемый пуск опасен, так как при ртказе систем регулирования и защиты он может привести к аварии.

В предложенной нами схеме системы регулирования и защиты такой режим может быть исключен путем повторной подачи сумматором 11 результирующего сигнала 83 на второй масляный выключатель 7, поскольку по-прежнему имеет место рассогласование сигналов 81 и 82.

Для повышения надежности системы предусмотрена также гидравлическая блокировка, исключающая возможность запуска турбины при ошибках оператора (запуск турбины без предварительного выведения регулирующего винта 39 в исходное положение). Блокировка обеспечивается тем, что напорное окно 79 в дифференциальном отростке 25 поршня 24 выполнено так, что при крайнем положении поршня 24 оно открыто, причем на небольшую величину, лишь

при крайнем верхнем положении регулировочного винта 39 (следовательно, и золотника 29),

В результате, если при пуске турбины предварительно не перевести регулировочный винт 39 в исходное положение, то запуск турбины не произойдет, т. к. при этом будет перекрыто напорное окно 79.

Величина открытия напорного окна 79

при крайних верхних положениях поршня 24 и регулировочного винта 39 определяет тот максимальный возможный ход поршня 24 вниз при пуске турбины при не установленном в исходное положение регулировочного винта 39. Целесообразно выполнить открытие напорного окна 79 при верхнем положении поршня 24 и регулировочного винта 39 таким, чтобы при ошибочных действиях оператора турбина вышла на холостой ход. Для обеспечения этогоупомя нутое открытие напорного винта 79 должно быть по величине не более хода, которое совершает золотник 22 трансформатора давления 2 при выводе последним остановленной

турбины на холостой ход.

40

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении надежности паровой турбины.

Использование: автоматическое регулирование и защита энергетических паровых турбин. Сущность изобретения: масло подведено через межпрясковые полости и окно в межпоясковую полость. Под действием его давления подвижная букса находится на упоре в буртик цилиндрического отростка золотника и сжимает пружину. Надпоршне- вая камера окном в дифференциальном отростке поршня соединена с межлояско вой полостью и подпоршневой камерой. Датчик (Д) электрической нагрузки генератора подключен к шинам последнего, D положения и размыкатель кинематически связаны попарно с регулирующим BWHTOM (РВ) и поршнем сервомотора. Сигналы (С) датчиков подведены на вход сумматора, результирующий С которого подведен напрямую на электромагнит через размыкатель и реле времени - на другой электромагнит. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.- . ел

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я 1. Система регулирования и защиты паровой турбины, содержащая насос-регулятор, трансформатор давления с золотником и пружиной, отсечной золотник и гидравлический сервомотор, подключенные к напору насоса-регулятора, и стопорный клапан, привод которого подключен к межпоясковой полости масляного выключателя с электромагнитом, отличающаяся тем,что, с целью повышения надежности, она снабжена сумматором электрических сигналов, датчиком электрической нагрузки турбины, размыкателем, кинематически связанным со стопорным клапаном, и вторым масляным выключателем с электромагнитом, трансформатор давления имеет регулировочный винт и снабжен устройством для изменения натяжения пружины трансформатора давления с датчиком положения его регулировочного винта, содержащим образующий с корпусом:трансформатора давления надпоршневую и подпоршневую камеры поршень с дифференциальным от- ростком, имеющим регулирующие окна и напорное окно, расположенный в расточке поршня и кинематически связанный с регулировочным винтом золотник с цилиндриче- ским отростком и поршеньками, образующими первую межпоясковую полость, свободно надетый на цилиндрический отросток золотника подпружиненный поршенек, образующий со смежным с ним поршеньком золотника вторую межпоясковую полость, сообщенную с первой межпо- ясковой полостью отверстием в смежном поршеньке, отделяющем последнюю от подпоршнейой камеры, причем пружина трансформатора давления расположена в подпоршневой камере с возможностью контактирования с торцевой поверхностью поршня, надпоршневая камера устройства сообщена с второй межпояековой полостью его золотника и с подпоршневой камерой через регулирующие окна в дифференциальном отростке поршня, при этом первая межпоясковая полость золотника устройства через напорное окно в дифференциальном отростке поршня гидравлически соединена с межпояековой полостью золотника второго масляного выключателя, входы сумматора электрических сигналов подключены к выходам датчика положения

регулировочного винта и датчика электрической нагрузки турбины, а его выход подключен к электромагниту второго масляного выключателя напрямую и к электромагниту первого масляного выключателя - через размыкатель.

3. Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что напорное окно при крайнем положении поршня и регулировочного винта имеет проходное сечение, не превышающее величины хода золотника трансформатора давления, необходимого для вывода последним остановленной турбины на холостой хоЛ