Устройство для контроля прогрева ротора паровой турбины Советский патент 1982 года по МПК F01D19/02 

(SA) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОГРЕВА РОТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть мспольэовано для контроля термонапряженного состояния роторов паровых турбин в переходных режимах.

Известны устройства яля контроля прогрева ротора паровой турбины, содержащие датчики температуры пара и режима работы турбины, вычислительный блок и умножитель, связанный через функциональный преобразователь с датчиком режима ГООднако эти устройства основаны на математическом моделировании процесса изменения температурного поля ротора, поэтому их точность, как правило , недостаточна.

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля прогрева ротора паровой турбины, содержащее датчики температуры пара, режима работы турбины и начальной температуры ротора и два вычислительных каскада, один из которых выполнен в виде первого сумматора, первого вычислительного блока и умножителя, связанного своими входами с первым сумматором непосредственно я с датчиком режима через функциональный преобразователь и выходом - с входом первого вычислительного блока, а другой вычислительный каскад выполнен в виде последовательно соединенных второго сумматора и второго вычислительного блока С 23.

Недостатком известного устройства

следует считать несколько пониженную точность контроля из-за неучета двухмер ности температурного поля ротора. Цель изобретения - повышение точности контроля путем учета двухмерности температурного поля ротора.

Для достижения цели в устройство введены три выходных суммирующих звена, два из которых подключены к вхо3976ду третьего, и датчик температуры пара подсоединен к входам второго сумматора и первого выходного суммирующего звена, датчик начальной температуры ротора - к входам второго сумматора и второго выходного суммирующего звена, выход умножителя дополнительно связан с входом первого выходного сум мирующего звена, выход первого вычислительного блока подключен к входу второго выходного суммирующего звена, а выход второго вычислительного блока к входу первого сумматора. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - пример выполнения вычислительного блока. Устройство содержит датчик 1 температуры пара, датчик 2 режима рабо-ты турбины, датчик 3 начальной температуры ротора и два вычислительных каскада t и 5 Первый каскад 4 состоит из первого сумматора 6, первого вычислительного блока 7, умножителя 8 и функционального преобразователя 9, а второй каскад 5 состоит из второго сумматора 10 и второго вычислительного блока 11. Выходная информация формируется на трех выходных суммирующих звеньях 12-й. Первый выход датчика 1 температуры пара соединен с первым входом сумматора 10, второй вход которого соединен с первым выходом датчика 3 начальной температуры, выход сумматора 10 соединен с входом вычислительного блока 11. Второй выход датчика 1 температуры пара соединен с первым входом выхбдного суммирующего звена 12. Первый выход вычислительного блока 11 соединен с первым входом сумматора 6, а второй - с первым входом выходного суммирующего звена 13. Выход датчика 2 режима работы турбины соединен с входом функциональ ного преобразователя 9, выход которого соединен с первым входом умножителя 8, первый выход которого соединен с входом вычислительного блока 7 а второй выход - с вторым входом выходного суммирующего звена 12. Первый вы.ход вычислительного блока 7 соединен с вторым входом сумматора 6, а второй выход -с вторым входом суммирующего звена 13, третий вход выходного суммирующего звена 13 соединен с вторым выходом датчика 3 начальной темпера туры роТора, а первые выходы звеньев 12 и 13 - с первым и вторым входами выходного суммирующего звена 14. Вторые выходы суммирующих звеньев.12 и 13 и выход суммирующего звена 14 подключены к показывающим и регистрирующим приборам 15-17, они же могут, использоваться в элементах автоматического регулирования 18-20. На фиг. 2 показан один из вариан тоз схемы вьчислительных блоков 7 и 11. Вычислительный блок может состоять из соединенных последовательно интеграторов 21-23 и сумматора 24, причем три входа интегратора 21 соединены с выходами интеграторов 21-23, а четвертый вход соединен с общим входом блока. Выходы интеграторов 21-23 и общий вход блока подсоединены к входам сумматора 24. Первым выходом блока -является выход сумматора 24, авторым его выходом - выход последнего из последовательно соединенных интеграторов 23. Принцип, на котором основана рабо та устройства, связан с разделением температурного поля ротора и всех его параметров на две составляющие: параметры одной из них формируются в пределах первого вычислительного каска а, второй вычислительный каскад фор.мирует параметры, связанные с другой составляющей. В данном устройств.е принято, что первая составляющая вд-оБ С) избыточной температуры обогреваемой поверхности ротора в точке поверхности с координатами р, И ) равна избыточной температуре пара ) вблизи этой ж« точки. При этом мгновенные значения температуры пара tf(c) и ко,эффициентов теплоотдачи критерия БИО BigjC) в различных точках вблизи обогреваемой поверхности ротора связаны статически. tnost-) o(, В1об() (Г)Чоб. (1) где 1„ () и Bip(t) - температура пара и критерий БИО вблизи характерной точки поверхности ротора;t - время; %б некоторые функции геометрии поверхности ротора . Тогда с учетом того, что Гоб oB-tn.) - tn где t ц - начальная температура ротора, граничные условия Ш -го рода на обо59греваемой поверхности могут быть за писаны N Bip(T) . - H-eio6tT)) НоБС-С). ®йоБ вторая составляющая из быточной температуры; первая и вторая соста ляющие градиента темп ;ратуры. Устройство работает следующим образом. В сумматор второго каскада 5 пост пают сигналы-аналоги текущего значения температуры пара, омывающего ротор, от датчика 1 и начального значе ния температуры ротора от датчика 3. Алгебраическое суммирование этих величин дает на выходе сумматора 10 си нал- аналог первой составляющей избы точной температуры обогреваемой поверхности ротора. Блоки 7 и 11 реали зуют дробно-рйциональные передаточны функции вида С Vj«-s . Wl(S). jM.2,(33i 2 Jajv-S 0.- - коэффициенты, зависящие от геометрических размеров ротора; S - параметр интегрального преобразования Лапласа. На первом выходе вычислительного блока 11 вырабатывается сигнал, пропорциональный первой составляющей градиента температуры обогреваемой который поступает поверхности на первый вход сумматора б, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный второй составляющей гра 05 g диента - гг;-; с первого выхода вычис oNлительного блока 7- Сигнал, пропорциональный алгебраической сумме ЧсЬ (Н C/N сумматора 6 поступает на после вход умножителя 8, где умвторойl 4 ножается на величину, обратную критерию Био, поступающую на первый вход умножителя 8 от датчика 2 режима работы турбины через функциональный преобразователь 9. На выходе умножителя 8 вырабатывается сигнал, пропорциональный второй составляющей избыточной температуры обогреваемой поверхности ротора e, , в результате чего на первом выходе вычислительного блока 7 вырабатывается сигнал, пропорциональ- Qios .. ныи -д -.- На вторых выходах вычислительных блоков 7 и- 11 получают сигналы, пропорциональнь1е составляющим избыточной температуры осевой расточки соответственно. Выходная информация формируется на трех суммирующих звеньях 12-1. На звено 12.поступают сигналы-аналоги составляющих температур обогреваемой поверхности tn ®ro6H йлб Суммирование этих сигналов дает величину температуры обогреваемой поверхности ротора 1д5 В звено 13 поступают сигналы-аналоги составляющих температур поверхности осевой расточки 0j и 9,-; , суммирование этих сигналов с сигналом-аналогом начальной температуры ротора Дает величину температуры поверхности осевой расточки ротора tp .В звене И формируется сигнал, пропорциональный разности температур обогревамой поверхности и поверхности осевой расточки . При необходимости в блоках 7 и 11 могут быть сформированы сигналы, пропорциональные средней по толщине ротора температуре. Это достигается путем включения дополнительных сумматоров в состав блоков 7 и 11. Схема подключения этих сумматоров аналогична схеме подключения сумматора 2k (фиг. 2), отличаться будут только коэффициенты усиления на входах этих сумматоров. : Коэффициенты .а1л, аГы, blv, b0 в передаточных функциях Wj(S} и W (S) получают путем предварительного решения дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка/типа уравнений Пуассона} на цифровыхвычислительных машинах. При этом никаких ограничений на геометрическую фор- му ротора в рассматриваемой зоне не накладывается. В множителе 8 сигнал умножается.на еличину, пропорциональную величине, братной критерию Био. В силу того. 79 что для обеспечения более высокой точ ности моделирования более благоприятны малые коэффициенты усиления, такое подключение целесообразно использоват при интенсивном теплос менне между греющим паром и металлом ротора. Предварительное вычисление коэффициентов aji) и bjiJ в передаточной функции (3) на ЭЦВМ обеспечивает учет реальной геометрической формы ротора вместо схематизации ротора для гладкого полого цилиндра, как это принято в известных устройствах. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности контроля по сравнению с известными устройствами за счет учета двухмернойти температурного поля ротора. Формула изобретения Устройство для контроля прогрева ротора пагювой турбины, содержащее датчики температуры пара, режима работы турбины и начальной температуры ротора и два вычислитель.ных каскада, один из которых выполнен в виде первого сумматора, первого вычислительного блока и умножителя, связанного своими входами с первым сумматором непосредственно и с датчиком режима 8 через функциональный преобразцватель и выходом,- с входом первого вычислительного блока, а другой вычислительный каскад выполнен в виде последовательно соединенных второго сумматора и второго вычислительного блока, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля путем учета двухмерности температурного поля ротора, в устройство введены три выходных суммирующих звена, два из которых подк1вочены к входу третьего, и датчик температуры пара подсоединен к входам второго сумматора и первого выходного суммирующего звена, датчик начальной температуры ротора - к входам второго сумматора и второго выходного суммирующего звена, выход умножителя дополнительно связан с входом первого выходного суммирующего звена, выход первого вычислительного блока подключен к входу второго выходного суммирующего звена, а выход второго вычислительного блока - к входу первого сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР « 569733, кл. F 01 О 19/02, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. ГОТ D 19/02, 1978.

,9761 и А С.

Ь