Устройство для контроля теплового состояния ротора турбины

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5д) 4 F 01 D 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21.) 3766251/24-06 (22) 29.06.84 (46) 15.01.86. Бюл. № 2 (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.M.Kèðoâà (72) В.Л,Похорилер, Н.Ю.Попкова, А.И.Шкляр, Ю.В.Тюрин и И.Г.Юдина (53) 621.165-546(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 905501, кл. F 01 D 19/02, 1980, Авторское свидетельство СССР № 1048131, кл. F 01 D 19/02, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РОТОРА ТУРБИНЫ, содержащее блок формирования входного сигнала, к входам которого подключены датчик температуры пара вблизи характерной точки ротора и датчик режима работы, а к выходам— входы блока определения температуры обогреваемой поверхности ротора, включающего входной сумматор, подключенный своим выходом через делитель к элементу памяти, снабженному переключателем, по меньшей мере два блока определения характерной температуры ротора, каждый из которых имеет элемент памяти с переключателем и сумматор подключен выходами к входам блока определения температуры обогреваемой поверхности и к входам выходных сумматоров, а входами — к выходу блока определения температуры обогреваемой поверхности, и генератор тактовых импульсов, подсоединенный ко всем переключателям элементов памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышеÄÄSUÄÄ 1204750 A ния точности контроля, устройство снабжено блоком формирования сигнала по начальной температуре ротора, в блок определения температуры обогреваемой поверхности введены линей- ный преобразователь, умножитель и два дополнительных сумматора, а в каждый из блоков определения характерной температуры ротора введены по одному умножителю, два функциональных преобразователя, два дополнительных сумматора и один дополнительный элемент памяти с переключателем, причем в блоке определения температуры обогреваемой поверхносС> ти первый дополнительный сумматор подключен входами к выходам линейно" го преобразователя и блока формирования входного сигнала, а выходам— к входу делителя, умножитель и второй дополнительный сумматор подключены последовательно к выходу элемента памяти этого блока, линейный М преобразователь связан входом с выходом элемента памяти, а выходом — ф с входом умножителя, в каждом из 4 блоков определения характерной темпе ратуры ротора умножитель, два дополнительных сумматора и один функциональный преобразователь подключены последовательно к выходу сумматора этого блока, другой функциональный преобразователь и дополнительный эле. мент памяти с переключателем включены последовательно между выходом бло. ка и входом его умножителя, выход элемента памяти этого блока дополнительно соединен с входом дополнитель. ного сумматора, выход которого связан с входом переключателя элемента памяти этого блока, а выход блока формирования сигнала по начальной температуре ротора подсоединен к вхо1204750 дам блоков определения температуры обогреваемой поверхности и характерной температуры.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации управления режимами работы паровых турбин, например, при пусках, Цель изобретения — повышение 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 функциональногo 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 сиг1 нала 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 элементом 16 памяти, выход которого через функциональный (нелинейный) преобра5 эователь 17 подключен к выходу блока 12. В качестве функционального преобразователя 17 может быть использован умножитель, оба входа которого соединены с выходом элемента 16 па10 мяти.

Вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора соединен с одним из выходов блока 3 формирования входного сигнала, дру15 гой выход которого подключен ко входу блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности. К входу блока 6 подключены также выход блока 7 определения первой характерной

20 температуры ротора и выход блока 8 определения второй характернсй темпе. ратуры ротора ° Вход блока 6 соединен также с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре

25 ротора и с выходом генератора 11 тактовых импульсов °

Соединения входов блоков 7 и 8 определения характерных температур ротора с другими блоками и элемента30 ми 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

5 к выходу блока 12 формирования сигнала по начальной TEMIIppdTóðå ротора и к выходу генератора tl тактовых импульсов. Выходы блока 7 (8) подклю40 чены к входам блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности

Выход блока 7 определения первой характерной температуры ротора подключен к входу первого выходного

45 сумматора 9 вместе с выходом блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора, и к входу второго выходного сумматора 10 вмес1204750 ф те с выходом блока 8 определения второй характерной температуры ротора. Выходы сумматоров 9 и 10 и вг»ход блока 7 подключены к показывающим приборам 18, 19, 20 и могут использоваться 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;и-;нейиого преобразователя 26 и к первому входу умнажителя 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 пове.рхности, а выходом с входом делителя 22 ° Выход линейного преобразователя 26 подключен к первому входу второго дополни— тельного 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 парал5

55 лельно к выходу блока 7 (8), к входу элемента 29 памяти через переключатель 30 и к входу сумматора 33, соединенному также через вход блока 7 (8) с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре, а выход подключен к входу функционального (нелинейного) преобразователя 34, параллельно соединенного выходом с выходом блока 7 (8) и через функциональный (линейный) преобразователь 35 и переключатель 37 — с элементом 36 памяти. Выход элемента 36 памяти подключен к входу умножителя 38.

Устройство работает следующим образом.

1!а выходе датчика 1 температуры пара вблизи характерной точки ротора вырабатывается сигнал, пропорциональный температуре t (i) пара вбли11 зи характерной точки ротора в настоящий момент времени л,. На выходе датчика 2 режима работы формируется сигнал, пропорциональный расходу

G() пара через проточную часть турбины. При наличии в схеме аналогоцифровых преобразователей сигналы от дат .ика 1 температуры 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 преобразователя 4 используют линейный преобразователь, на его выходе формируется сигнал, пропорциональный критерию Био Bi()=K +К Г(л,) в данный о Л момент времени где К и К вЂ” постоУ о Л янные 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, пропорциональным температуре г.„(2) пара. Полученный сигнал t (< ).Bi() через выход блои ка 3 формирования входного сигнала поступает на вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. На вход этого же блока 6 поступает сигнал по величине

Bi() с выхода блока 3. На выходе датчика 13 температуры металла статора вырабатывается сигнал, пропорциональный температуре С„,() металла статора турбины в данный момент вре5 12047 мани, Датчик 13 устанавливают таким образом, чтобы при отсутствии расхода пара через турбину измеряемая им температура и температура металла ротора в контролируемом сечении были

Оы близки. Отсутствие расхода пара определяется закрытым стопорным кла-, паном (He показан), при этом концевой выключатель 14 замкнут, и формируемый им сигнал, управляющий размыкателем 15, обеспечивает перевод последнего в полажение "1", при котором цепь подключения датчика 13 к элементу 16 памяти замкнута и элемент 16 памяти отслеживает сигнал

° 5 по ге»lepaòópå tÄ () металла статора.

В качестве элемента !6 памяти может быть использован интегратор с малой постоя»ной времени интегрирования.

При открытии стапорнога клапана и подаче пара в турбину концевой выключатель 14 размыкается, что приводит к переводу размыкателя 15 в положение 0", IIpII KQTopoM цепь, соединяю1 щая датчик 13 16 памяти, разорвана. Элемент 16 памяти запоми-, нает значение температуры t (<.) ме- . талла статора в момент начала подачи г.ара в турбину, которое при дальней ней работе устройства принимается

30 зя начальное значение Гн температуры металла ротора. Сигнал по t llo ступает на вход функционального (нели»ейного) преобразователя 17, который реализует зависимость T=

=t(1-0,5К t), где К! — постоянная величина, характеризующая изменение коэффициента теплопровадности 0i металла ротора при изменении его температуры. Величину Т называют модельной температурой. Таким образом, 40

»а выходе функционального преобразователя 17 формируется сигнал по величине Т„==,,(1-0,5K>,) начальной мОдельнОй тpемперятуры рОтОра кОтО рый посту-пает ня вход блока 6 опре45 деления температуры обогреваемой поверхности и на вход каждого из двух блоков 7 и 8 определения характерной температур.

Генератор 11 тактовых импульсов через каждый интервал времени ь< производит кратковременное включение переключателей 25, 30, 37 в блоках 6, 7, 8. В результате этого на одном выходе блока 6 формируется сиг- нал по относительной модельной температуре 6„ (-ь) обогреваемой поверхности ротора, а на втором вы50 Ь ходе этого же блока формируется сигнал о фактической температуре

„ {.!г) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени.

На выходах блока 7 определения первой характерной температуры формиру-ются сигналы по величинам относительной модельной среднепнтегральной температуры 8 {I,) и 6 {Iс-к6) соответственно и сигнал по фактической величине среднеинтегральной температуры t(I) ротора в данный момент времени.

На выходах блока 8 определения второй характерной температуры фармируются сигналы по величинам относительной модельной температуры поверхности осевой расточки ротора

9 { ) и 9 (6-а ) соответственно и сигнал по фактической величине температуры t (7) осевой расточки

P в данный момент времени.

При этом блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. работает следующим образом. На входы входного сумматора 21 с входа блока 6 поступают следующие сигналы: сигнал t (,) Bi(<,), сигналы по величинам О (".) и 0 (Г) и сигнал по величине начальной модельной температуры Т ротора. На выходе входного сумматора 21 формируется сигнал по сумме

,,) В1(.)+Н Т„ Н Й (.) Н 0(о), где Н,, Н, Н вЂ” постоянные коэффициенты.

Далее этот сигнал поступает на вход делителя 22, где производится его деление на величину сигнала 9 (c,) поступающего с выхода дополнительного сумматора 23. На выходе делителя 22 вырабатывается при этом сигнал,, пропорциональный температуре

<» (.) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени а, поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности. Так как срабатывание переключателя 25, управляемого генераторам 11 тактовых импульсов, происходит через интервал времени > n, то в элементе памяти 24 в момент срабатывания переключателя 25 находится величина о, (С- ь6) температуры обогреваемой поверхности в момент времени — и, соответствующий предьдущему срабатыванию переключателя 25, Сигнал па этой величине поступает в линейный преобразователь 26, на выходе

12 которого формируется сигнал по величине (1-0,5K>t, <.с †),1.)), перемножение которого в умножителе 27 с сигналом по величине t (с в ai) обеспечивает

06 формирование на выходе последнего сигнала по величине модельной температуры Т (— ьс) обогреваемой поверхо6 ности ротора в момент времени с - ..

В дополнительном сумматоре 28 из сигнала по величине Т (1.-ьс) вычитаетРБ ся сигнал по величине начальной модельной температуры Т, и на его выходе формируется сигнал по относитель ной модельной температуре 6 (1 — ас,) обогреваемой поверхности ротора в момент времени c, --ас, поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора.

Сигнал пе величине (1-0 5K t Ы вЂ” ал)) h o6 с выхода преобразователя 26 поступает также на вход дополнительного сумматора 23, на выходе которого получают сигнал по величине Q (1 ) =Bi(1. )+

+Нз(1-0,5 Къс (. - Х)1 °

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 9 (с) в настоящий момент времени с . Генератор тактовых импульсов через каждый интервал времени Л производит кратковременное включение переключателя 30. В результате на вход сумматора 31 от элемента 29 памяти поступает сигнал по температуре

9(ь — ) ) . Одновременно на вход сумматора 31 через вход блока 7 поступает сигнал по относительной модельной температуре с1 (u -nC) 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 (-ai) осевой

P расточки ротора. Сигнал, пропорциональный сумме перечисленных температур с весовыми коэффициентами, в умножителе 38 перемножается с сиг-. налом по величине температуропроводности a(<, — ьi), металла ротора, зависящей от среднеинтегральной температуры t(-ь) ротора в момент времени ь — ас. Сумма получаемого на выходе умножителя 38 сигнала с сигналом по величине модельной относитель.

04750 8 ной температуры 9 (с-g<,), которую формирует сумматор 32, представляет собой сигнал по относительной модельной температуре 6 (с) в настоящий момент времени . При этом используется следующая зависимость

& < 1 л С) ч -Ь."с с1 ) С, e p (6 С1 + С2 e (-. " .>(-- =)j ("" .), где С „, С, С вЂ” постоянные для данного ротора коэффициенты.

Сигнал по величине 8 (7) 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 выхо)

)О де сумматора 33 получают сигнал по модельной среднеинтегральной температуре ротора Т() в настоящий момент времени с, Функциональный (нелинейный) преобразователь 34 реализует следуюц)ую зависимость — Г а (". =к, I) -1)-2K i(".) j, в результате чего на его выходе получают сигнал по величине среднеЗО интегральной температуры (с) ротора в настоящий момент времени. Этот сигнал поступает на выход блока 7 и на функциональный преобразователь 35, который формирует сигнал

35 по величине температуропроводности металла а(сс)=ао 1-r(„ t(с )), где а — температуропроводность о металла ротора при нулевой

40 температуре;

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

4 температуры.

В настоящий момент времени с в элементе 36 памяти хранится значение температуропроводности а(с,- ni), определенное по величине среднеинте5О гральной температуры t(c — 6с) в предпествующий момент ь-dt .При срабатывании переключателя 37 происходит замена значенийтемпературопроводности.

Блок 8 определения второй харак55 терной температуры ротора — температуры осевой расточки t (c,) работаР ет аналогично. При этом реализуется зависимость

8рй=ор(" Я Ь ep(" ) 1 e(- )

+4 o Л ))ар(" ), где Ь,, Ь, Ь вЂ” постоянные коэффициенты.

При этом один функциональный пре-. образователь формирует сигнал по величине температуры осевой расточки ,,8 ): „ (-Я=й„,Т )j . а другой функциональнйй преобразователь формирует сигнал по величине температуропроводности металла, соот. ветствующей температуре осевой расточки ротора, að(С) ао (1 К,t ()).

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

204750 этом структура этих 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 суммато10 ра 21 всегда равно числу блоков определения характерной температуры плюс два входа.

Выходные сумматоры 10 и 9 формируют сигналы, пропорциональные

1S напряжениям бо и б,ь на поверхности осевой расточки ротора и на обогреваемой поверхности ротора соответственно. Эти сигналы поступают на. показывающие приборы 18 и 19.

Составитель А.Калашников

Редактор M.Tîâòèí Техред Т.Тулик Корректор М.Демчик

Заказ 8501/31 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4