Система регулирования и защиты 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. Надпоршневая 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(505 F 01 0 17/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCflATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4917588/06 (22) 07.03.91 (46) 23,02.93. Бюл. В 7

{71) Производственное объединение "Калужский турбинный завод" (72) 8.8. Благовещенский, Е.И. Жеманов, В.И. Крюков,"В.И. Кургузников и Ю.М. СемеНОВ (73) Государственное предприятие "Калужский турбинный завод" (56) Авторское свидетельство СССР

М 574541, кл. F 01 0 173/22, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 2822338, кл. F 01 0 19 00, 1969. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ AAPG80N, ТУРБИНЫ (57) Исполъзованйе; автоматическое регулирование и защита энергетических паровых

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 содер жит 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

„„5Q„„1797671 АЗ

2 турбин. Сущность изобретения: масло подведено через межпоясковые полости и окно в межпоясковую полость. Под действием его давления подвижная букса находится на упоре в буртик цилиндрического отростка золотника и сжимает пружину. Надпоршневая камера окном в дифференциальном oi.ростке поршня соединена с межпоясковой полостью и подпоршневой камерой. Датчик (Д) электрической нагрузки генератора подключен к шинам последнего, О положения и размыкатель кинематически связаны попарно с регулирующим винтом (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. и. ф-лы, 1 ил. гидравлической импульсной линией. Система имеет также масляный выключатель с электромагнитом и золотником, подключенным к напору насоса-регулятора и стопорHblvi клапан, привод которого подключен к межпоясковой полости золотника масляно- О го выключателя,, Новым является то, что система снабжена сумматором электрических сигналов, датникои ааактричаскои 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 над1797671 поршневую и подпоршневую камеры поршень с дифференциальным отростком, расположенный . 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 регулирую-. щие 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 ра зм ы кател ь.

Новым является также то, что между размыкателем и электромагнитом первого масляного выключателя установлено реле времени, Кроме toro, 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 выключатель 6, второй масляный выключатель 7, стопорный клапан 8, реле времени 9, датчик 10 электрической нагрузки турбины, сумматор 11

5 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 пер.вого масляного выключателя 6 и к окну 18 золотника 19 второго масляного выключателя 7, а также в межпоясковую полость золотника 21 отсечного золотника 3, 15 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

20 в сборе с корпусом 26 образует надпоршневую 27 и подпоршневую 28 камеры, в расточке поршня 24 расположен золотник 29 с поршеньками ЗО, 31 и цилиндрическим отростком 32, На цилиндрический отросток 32

25 с буртиком свободно надет поршенек ЗЗ, подпружиненный пружиной 34. Поршеньки

30, 31 и поршенек 33 образуют первую межпоясковую полость 35 и вторую межпоясковую полость 36, соединенные между собой

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

35 39 кинематически связан с золотником 29 и посредством конуса 40 — с датчиком 41 nbложения устройства для изменения натяжения пружины 23 трансформатора давления

2. Через регулирующее окно 42 и межпо40 ясковую полость 43 золотника 22 трансформатора давления 2 импульсная линия 15 сообщена с линией 44 всасывания насосарегулятора 1. Импульсная линия 15 подведена также к камере 45 отсечного золотника .

45 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.

50 К этой же линии 44.подключены межпоясковые полости 49 и 50 золотника 21 и камера

51 сервомотора 4, Поршень 52 рычажной системой 53 соединен с паровпускным клапаном 54 парораспределения 5. Верхняя ра55 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 выключа1797671 тели 6 и 7 имеют электромагниты 63, 64, 65 лости 16, 20. 75. Из межпоясковой полости и 66. Паровой клапан 67стопорного клапана 16 масло высокого давления по каналу 72

8 штоком 68 соединен с поршнем 69, под- поступает в камеру 71 и, сжимая пружину пружиненным пружиной 70. Камера 71 ли- 70, удерживает поршень 69 в верхнем полонией 72 сообщена с межпоясковой жении.Приэтомклапан67открыт,исвежий полостью 16 золотника 17 первого масляно- 5 пар по трубопроводу 73 поступает через го выключателя 6. Вход стопорного клапана стопорный клапан 8 в парораспределение 5

8 подключен к главному паропроводу 73 и и по каналу 74 — в паровую турбину, Из его выход- к парораспределению 5. Выход межпоясковой полости 75 масло высокого парораспределения каналом 74 сообщен с давления по каналу 77 поступает в межпопаровойтурбиной(начертеженеизображе- 10 ясковую полость 78 и через окно 79 — в на). Межпоясковая камера 75 окном 76 и межпоясковую полость 35 и из нее через каналом 77 соединена с кольцевой камерой отверстие 37 в межпоясковую полость 36.

78 и из нее через напорное окно 79 с первой Давление масла в межпоясковой полости 36 межпоясковой полостью 35 золотника 29 действует на кольцевую площадь поршеньустройства для изменения натяжения пру- 15 ка33 и, снимая пружину34, перемещаетего жины 23 трансформатора давления 2. Через вдоль цилиндрического отростка 32 до упоокно 18 межпоясковая полость 75 сообщена ра в его буртик. Конус 40 устанавливает пос линией 12 масла высокого давления насо- движную часть датчика 41 положения са-регулятора 1. Датчик 10 электрической регулирующего винта 39 так, что его сигнал нагрузки турбины выполнен по типу ватт- 20 82 равен сигналу 81, пропорциональному метрового элемента и подключен к шинам электрической нагрузке генератора. При

80 ее генератора(на чертеже не изображен). этом результирующий сигнал 83 сумматора

Сигналы 81 и 82 датчиков 10 и 41 дове- 11 равен нулю. Поршень 24 с дифференцидены на вход сумматора 11. Результирую- альным отростком 25 находится в положещий сигнал 83 сумматора 11 напрямую 25 нии, в котором натяжение пружины 23 подведен к электромагниту 65 второго мас- трансформатора давления 2 соответствует ляного выключателя 7 и к входу конечного требующемуся значению. Для увеличения размыкателя 61, кинематически соединен- мощности турбины, включенной в общую ного с сервомотором 4. Линия 84 соединяет . электрическую сеть, необходимо завинтить выход конечного размыкателя 61 с реле 30 на соответствующую величину регулируювремени 9 и линией 25 — выход реле вре- щий винт 39. При этом золотник 29 и пормени9-с электромагнитом 63 первого мас- шенек 33 переместятся вниз и сообщат ляного выключателя 6. Линиями 86 и 87 межпоясковую полость 36 через окно 38 с электромагниты 64 и 65 подключены к ис- надпоршневой камерой 27. Под действием точнику электрического тока (на чертеже не 35 масла высокого давления на кольцевую поизображен). верхность поршня 24 поршень 24 перемеСистема работает следующим образом: . стится вниз так, что поршень 33 перекроет все элементы регулирования и защиты рабочее окно 38 и посредством пружины 23 турбины на чертеже показаны в положении, . переместит вниз золотник 22 трансформасоответствующем установившемуся режи- 40 тора давления 2. В результате открытие окмуработытурбины.Турбина вырабатывает, на 42 увеличится, давление масла в и генератор отдает по шинам 80 в злектри- импульсной линии 15 понизится; и золотник ческую сеть некоторую мощность. При этом 21 под действием пружины 47 переместится частотавращения насоса-регулятора1иего вниз. Смещение золотника 21 приводит к напор на всех энергетических режимах on- 45 тому, что верхняя полость 55 сервомотора 4 ределяетсячастотой переменноготокавсе- по каналу 57 сообщится через окно 59 с ти. Открытие рабочих окон 42 межпоясковой полостью 20, а его нижняя трансформатора давления 2 и щели обрат- полость 56 по каналу 58 через окно 60 и ной связи 46 сервомотора 4 таково, что . межпоясковую полость 49 соединится слидавление масла в импульсной линии 15 и в 50 нией всасывания 44 насоса-регулятора 1, камерах 45, 48 равны минимальному значе- Под действием масла высокого давления нию и золотник 21 находится в "среднем" поршень52будетперемещатьсявниздотех положении, при котором поршеньки золот- пор, пока уменьшение кольцевого зазора ника 21 перекрывают окна 59 и 60 и отсека- щели 46 обратной связи по положению порют рабочие полости 55 и 56 сервомотора 18 55 шня 52 сервомотора 4 не компенсирует увеот межпоясковых полостей 49. 50 отсечного личение сливной площади окна 42. золотника 3, Конус 62 замыкает концевой происшедшее в результате завинчивания раэмыкатель 61. Масло высокого давления регулирующего винта 39 трансформатора по линии 12 подведено в межкоясковые по- давления 2. При этом рычаг 53 увеличит от1797671 8 крытие 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, Раэгружение турбины производится путем аывинчивания регулирующего винта 39, flop действием пружины 24 и давления масла высокого давления золотник 29 будет перемещаться вверх вслед за регулирующим винтом 39, Окно 38 сообщает надпоршнеаую камеру 27 с подпоршневой камерой 28, в результате чего часть масла из надпоршневой камеры 27 переливается в подпоршневую 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 подпоршнеаой 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 сумма. тора 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 сигналоа 81 и 82, и результирующий сигнал 83 поступает на электромагнит 65 второго масляного выключателя 7. Якорь электромагнита 65 перемещает золотник 19 вверх, перекрывает напорное окно 18 и сообщает

-межпояскоаую полость 75 со сливом. Соответственно межпоясковые полости 78, 35 и

36 сообщаются со сливом масла а маслобак давления в соответствующие камеры и межпояскоаые полости.

45 Реле времени 9 предназначено для иск50

5

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

62 (холостой ход турбины) его контакты разомкнуты, В результате сигнал 83 на электромагнит 85 первого масляного выключателя 6 не поступает, и стапорный клапан 8 не закрывается. Таким образом, турбина осталась на холостом ходу, и ее можно нагружать повторно.

8 случае, если система регулирования по причине своей неисправности не переведет турбину на режим холостого хода, то 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 межпоясковую полость 16 от линии 12 и сообщит ее и камеру 71 со сливом масла в маслобак. flop действием пружины 70 поршень 69 закроет клапан 67 и прекратит доступ пара в турбину. Для запуска паровойтурбины и принятия электрической нагрузки необходимо предварительно взвести первый масляный выключатель 6 и второй масляный выключатель 7 пугем подачи на электромагниты 64 и 66 напряжения тока по линиям 86 и 87, flop действием электромагнитов 64, 66 золотники 17, 19 переместятся вниз и обеспечат подачу масла высокого лючения ложного срабатывания первого масляного выключателя 6 в моментпереходного процесса регулирования, когда сервомотор 4 еще не успел переместить клапан 54 в положение холостого хода и йе разомкнул концевой размыкатель 61. Сумматор 11 может быть оснащен пороговым реле (на чертеже не изображено), назначение которого заключается а том, чтобй результирующий сигнал 83 формировался при величине рассогласования сигналов 81 и 82 не меньше заданного значения, т. е. а конечном счете, для исключения ложных срабатываний системы при незначительных рассогласованиях сигналов 81 и 82, 1797671

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 давления поступит в межпоясковую полость 36, переместит поршенек

33 по цилиндрическому отростку 32 вниз до упора в его буртик и соединит надпоршневую 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 интенсйвному 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 блоФормула изобретения

1. Система регулирования и защиты паровой турбины, содержащая насос-регулятор, трансформатор давления с золотником и пружиной, отсечной золотник и гидравли. ческий сервомотор. подключенные к напору насоса-регулятора, и стопорный клапан, привод которого подключен к межпоясковой полости масляного выключателя с электромагнитом, о т л и ч а io щ а я с я 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 регулирокировка, исключающая возможность запуска турбины при ошибках оператора(запуск турбины без предварительного выведению регулирующего винта 39 в исходное поло5 жение). 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

10 при крайнем верхнем положении регулировочного винта 39 (следовательно, и золотни-ка 29).

В результате, если при пуске турбины предварительно не перевести регулировоч15 ный винт 39 в исходное положение, то запуск турбины не произойдет, т. к, при этом будет перекрыто напорное окно 79.

Величина открытия напорного окна 79

20 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 регулировоч25 ного винта 39. Целесообразно выполнить открытие напорного окна 79 при верхнем псложении гюршня 24 и регулировочного винта 39 таким, чтобы при ошибочных действиях оператора турбина вышла на холо30 стой ход. Для обеспечения эгогоупомянутое открытие напорного винта 79 должно быть по величине не более хода, которое совершает золотник 22 трансформатора давления

2 при выводе последним остановленной

35 турбины на холостой ход.

Технико-зкономический эффект от использования изобретения заключается в ïîвышенйи надежности паровой турбины.

40. вочный 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 отростком, имеющим регулирующие окна и напорное окно, расположенный в расточке поршня и кинематически связанный с регулировочным винтом золотник с цилиндрическим отростком и поршеньками, образующими первую межпоясковую полость, свободно надетый на цилиндрический отросток золотника подпружиненный поршенек, образующий со смежным с ним поршеньком золотника вторую межпояско1 2

1797671 регулировочного винта H датчика электрической нагрузки турбины, а его выход подключен к электромагниту второго масляного выключателя напрямую и к электромагниту первого масляного выключателя - через размыкатель.

М .f f2

Составитель 8. благовещенский

Редактор О. Стенина Техред M.Ìîðãåíòçë Корректор М. Демчик

Заказ 667 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r, Ужгород, ул.Гагарина, 101. вую полость, сообщенную с первой межпоясковой полостью отверстием в смежном поршеньке, отделяющем последнюю от подпоршневой камеры, причем пружина трансформатора давления расположена в подпоршневой камере с возможностью контактирования с торцевой поверхностью поршня, надпоршневая камера устройства сообщена с второй межпоясковой 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 межпоясковой полостью золотника второго масляного выключателя, входы сумматора электрических сигналов подключены к выходам датчика положения

2.Система поп.1, отличающаяся тем, что между размыкателем и электромагнитом первого масляного выключателя дополнительно установлено реле в земени.

3, Система.по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, чтонапорноеокноприкрайнем положении поршня и регулировочного винта имеет проходное сечение, не превышающее величины хода золотника трансформатора давления, необходимого для вывода последним остановленной турбины . на холостой ход.