Система регулирования газотурбинного двигателя

 

Использование: область турбостроения, системы регулирования газотурбинных агрегатов . Сущность изобретения: система регулирования с пневматическими связями, обеспечивает работу газотурбинного двигателя с электрическим генератором на двух видах топлива с возможностью перехода во время работы агрегата с одного вида топлива на другой в допустимых пределах частот вращения при частичном и полном сбросе Нагрузки и предохраняющей лопаточный : аппарат газотурбинного двигателя от чрезмерных термических нагрузов на генератор со стороны сети. Система регулирования содержит два канала подачи топлива (газообразного и жидкого), приводы стопорных клапанов и клапанов дежурного горения в обоих каналах топливоподэчи и приводы выпускных воздушных клапанов в нагнетании циклового компрессора подключены к одной импульсной проточной линии предельной защиты. Импульсные проточные линии имеют одинаковые дроссельные отверстия на входе в эти линии и одинаковые сечения отверстий в регуляторе скорости для сброса воздуха из этих линий на всех режимах работы агрегата. Переключатель, обеспечивающей сброс воздуха из обоих импульсных линий, выполнен с постоянной суммарной площадью отверстий для сброса при любом его положении. Одна из полостей поршня регулятора перепада, установ-: ленного в канале жидкого топлива, соединена с линией перед стопорным клапаном, а другая-с линией за регулирующим клапаном, На линиях регулирующих кана-; лов установлены электромагнитные вентили , связанные с генератором. Система содержит скоростной золотник, связанный через специальную проточную импульсную . линию с мембранными исполнительными f механизмами клапанов, установленных в импульсных проточных линиях регулирующих клапанов. Замедлители приема нагрузки установлены в импульсных проточных линиях регулирующих клапанов, причем полость каждого мембранного исполнительного механизма замедлителя со стороны клапана подсоединена к импульсной проточной линии непосредственно, а имеющая увеличенный обьем полость со стороны пружины - через дроссель. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ел с 00 ел со V4 N5

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 С 9/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727438/06 (22) 07,08.89 (46) 15;05.93. Бюл. М 18 (71) Производственное объединение "Невский завод" им, В.И.Ленина (72) В.Ф.Горяченко, l0;B.Дюбанов, М.Ю.Жуквв, Н.Н Захаров, В.Я.Кюнченков, П.А.Рыбин, С.З.Шабашов, С.А.Ширяев и

-А.А.Штурманов (56) Шабашов С.3., Фанштейн А.А. Регулирование газотурбинных агрегатов. Л,: Недра, 1978. с.8- 25.

{54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗО

:ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Использование: область турбостроения, системы регулирования газотурбинных аг, регатов. Сущность изобретения: система регулирования с пневматическими связями, обеспечивает работу газотурбинного двигателя с электрическим генератором на двух видах топлива с возможностью перехода во время работы агрегата с одного вида топлива на другой в допустимых пределах частот вращения при частичном и полном сбросе нагрузки и предохраняющей лопаточный

- . аппарат.газотурбинного двигателя от через"мерных термических нагрузов на генератор . со стороны сети, Система регулирования содержит два канала подачи топлива (газообразного и жидкого), приводы столорных клапанов и клапанов дежурного горения в обоих каналах топливоподачи и приводы выпускных воздушных клапанов в нагнетаИзобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования газотурбинных агрегатов.

„„ Ц „„1815372 А1 нии циклового компрессора подключены к одной импульсной проточной линии пре-. дельной защиты. Импульсные проточные линии имеют одинаковые дроссельные отверстия на входе в эти линии и одинаковые сечения отверстий в регуляторе. скорости для сброса воздуха из.этих линий на всех режимах работы агрегата. Переключатель, обеспечивающей сброс воздуха из обоих импульсных линий, выполнен с постоянной суммарной площадью отверстий для сброса при любом его положении. Одна иэ. полостей поршня регулятора перепада, установленного в канале жидкого топлива, соединена с линией перед стопорным кла- паном, а другая — с линией за регулирующим клапаном, На линиях регулирующих каналов установлены электромагнитные вентили, связанные с генератором. Система содержит скоростной золотник, связанный через специальную проточную импульсную, линию с мембранными исполнительными механизмами клапанов, установленных в импульсных проточных линиях регулирующих клапанов. Замедлители приема нагрузки. установлены в импульсных проточных линиях регулирующих клапанов, причем полость каждого мембранного исполнительного механизма эамедлителя со стороны клапана подсоединена к импульсной про- Ql точной линии непосредственно, а имеющая (А) увеличенный объем полость со стороны пружины — через дроссель. 1 з.п. ф-llû, 4 ил.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функцио- нальных возможностей пневматической

1815372 системы регулирования газотурбинного да давления 47, стопорный клапан 48, регудвигателя, предназначенного для привода лирующий клапан 49 и два последовательно электрогенератора, обеспечение равных ха- расположенных клапана дежурного горени» рактеристик регулирования при разных ви- 50 и 51, установленные в канале жидкого дах топлива. топлива 52. Продувочный клапан 53 соедиНа фиг.1 изображены органы,. осу@ест- нен с каналами 44 и 52. Электромагнитные вляющие командные функции регулирова- вентили.54 и 55 соединяют мембранные «сния и защиты; на фиг.2 — исполнительные полнительные механизмы клапанов 51 и 53 механизмы в системе топливоподачи к ra- с пневмолинией постоянного давления 2. релкам камерысгорания;.на.фиг.3 — выпуск- 10 Каналы жидкого топлива подсоединены к ные воздушные и противопомпажные горелкам камеры сгорания. через обратные клапаны в нагнетании циклавых компрессо- клапаны 56:; ров высокого давления (КВД) и.низкого Система впускных воздушных и проти(КНД), (В описании к изобретению принят вопомпажныхклапановсодержит два выпувариантдвухступенчатого компрессора); на "5 скных воздушных клапана 57 и 58 и фиг.4 — схемы управления разгонным двига- противопомпажный клапан 59, входные телем (турбодетантером) и гидравлического патрубки которых соединены трубопрововалоповоротного устройства КНД. Дами с нагнетанием циклового компрессоКомандная часть системы регулирова- ра, а выходные — с атмосферой. Система ния содержит регулятор давления 1 воздуха, 2о содержит также шесть пружинных противопневмолиниюпостоянногодавления2,кко- помпажных. клапанов 60 и один противоторой через дроссельные шайбы 3. 4, 5, 6 . помпажный клапан 61 с пневматическим подключены пневмолиния предельной за- исполнительным механизмом, соединенщиты 7 и импульсные пневмолинии 8, 9, 10, нйх входными патрубками с камерой промесоединяющие гидродинамический регуля- 25 жуточной системы циклового компрессора, тор скорости 11, переключатель топлива 12, . а при двухступенчатом цикловом компресограничители приемистости 13и 14, злект- соре - с нагнетанием КНД, а выходными — с ромагнитные вентили 15 и.16, замедлители атмосферой. Электромагнитный вентиль 62 приема нагрузки 17 и 18, в мембранных ис- подключен к импульсной пневмолинии исполнительных механизмах которых полости .30 полнитейьного механйзма клапана 58, алексо стороны пружины соединены с импульс- тромагнитный вентиль 63 соединен .с ными пневмолиниями 8 и 9 через дроСсель- верхней полостью исполнительного механые шайбы 19 и 20. Система также содержит .низма клапана 61. скоростной золотник 21 и регулируюЩиеус- Система управления разгонным двигатройства 22 и 23, .в мембранных. исполни- 35 телем содержит сам разгонный двигатель тельных механизмах которых полости со {турбодетандер) 64, сцепное устройство 65, стороны пружины соединены с импульсной, установленнйе а канале пускового газа отпневмолинией10черездроссельныешайбы . сечйой 66 и пусковой 67 клапана. Входной

24 и 25. канал импульсного электромагнитного кла- .

Устройства защиты включают в себя, 40 пана 68 соединен через дроссель с пневмоподсоединенные к линии 7, бойковый авто-. линией постоянного давления 2, а выходной мат безопасности 26 с выключателем 27 и канал — с полостью мембранного исполникнопками управления 28 и 29, гидродинами- тельного механизма отсечного клапана 66, к ческий автомат безопасности 30 и электро- которой также подключен мембранный кламагнитный вентиль 31, ".5 пан 69, установленный в пневмолинии преИсполнительная часть системы регули- дельной защиты 7. Входной канал рования (фиг;2) содержит в канале 32 подачи импульсного сильфонного клапана 70 черезгазообразного топлива клапаны: отсечной .дроссель соединен с пневмолинией посто33, стопорный 34, регулирующий 35; дежур- янного давления 2, выходной.— с полостью ного горения 36, запальный 37, и соединен- 50 пускового клапана 67. а сильфон — через ные с ними посредством импульсных . эйектромагнитныйвентиль71исцепноеуспневмолиний электромагнитный вентиль тройство с коллектором смазки. Правый и

38, электромагнитный клапан 39, мембран- левый каналы валоповоротного устройства ный клапан 40 и электромагнитные вентили 27 подключены собственно к верхней и ниж41 и 42, Каналы газообразного топлива под- 55 ней йолостям электромагнитного золотнисоединены к горелкам камеры сгорания че- ка, средняя полость которого соединена с рез обратные клапаны 43, линией нагнетания дожимной масляной ус-, В канале 44 жидкого топлива установле- тановки 74 в. которой также установлен рены топливный насос 45 с электроприводом, дукционный клапан 75 и обратный клапан редукционный клапан 46, регулятор перепа- 76.

1815372

Работа всей системы регулирования и отдельных ее элементов эакл|очается в следующем.

Пневмолиния 7 является линией предельной защиты. При работе агрегата в этой линии 7 устанавливается такое же давление, как и в пинии 2, а при сбросе воздуха из этой линии одним из элементов защиты, давление в ней снижается, и происходит аварийная остановка агрегата с перекрытием подачи топлива и с выбросом воздуха в атмосферу после циклового компрессора. Одновременно подается . команда на отключение генератора от электрической цепи.

Импульсные пневмолинии 8 и 9 являются основными проточными линиями. Они воздействуют через мембранные исполнительные механизмы на положение клапанов, регулирующих подачу топлива в камеру сгорания. Линия 8 управляет клапаном газообразного топлива. а линия 9 — жидкого. Эти линии подключены к гидродинамическому регулятору скорости 11, воспринимающему измерения напора масла при изменении частоты вращения насоса-импеллера, установленного на силовом валу двигателя. Эти линии подключены к переключателю топлива 12, При изменении частоты вращения, например, при увеличении, в регуляторе скорости 11 увеличиваются сечения окон, через которые сбрасывается воздух из основных импульсных пневмолиний 8 и 9. Давление в линиях 8 и 9 снижается и клапаны

35 (для газообразного топлива) и 49 (для жидкого топлива) своими мембранными исполнительными механизмами прикрывают подачу топлива, Одним из условий надежной работы регулятора скорости 11 является обеспечение им равного открытия или прикрытия по сечению сбросных окон иэ обоих пневмолиний 8 и 9, а при равенстве сеченйй дроссельных шайб 4 и 5 и одинаковости характеристик регулирующих клапанов 35 и

49 и их исполнительных механизмов (давление в пневмолиниях 8 и 9 — ход клапана 12— расход топлива) обеспечивается однозначность работы регулирования на любом из видов топлива и на двух одновременно.

Ограничители приемистости 13 и 14, подключенные к основным пневмолиниям 8 и 9, ограничивают максимальное давление в пневмолиниях 8 и 9 в зависимости от давления эа цикловым компрессором, а в конечном итоге ограничивают максимальную температуру за камерой сгорания для каждого конкретного режима работы агрегата.

Электромагнитные вентили 15 и 16 используются для сброса воздуха иэ основных

40 медленнее. Увеличение приема нагрузки ао

5

35 импульсных пневмалиний 8 и 9 по импульсу отключения генератора от сети с целью быстрого перекрытия топливнь|х клапанов 34 и 35 и 48, 49 для удержания частоты вращения агрегата в допустимых пределах.

К каждому из эамедлителей приема нагрузки 17 и 18 подведен воздух от одной иэ основных импульсных пневмолиний 8 и 9, Этот воздух может быть выпущен в атмосферу клапанами замедлителей 17 и 18 с помощью пружинных мембранных исполнительных механизмов, управляемых давлением этих же импульсных пневмолиний 8 и 9, подведенных по обе стороны мембраны. При этом полости со стороны клапанов имеют минимальные объемы и давление передается к ним беэ дросселирования, а полости со стороны пружин имеют увеличенные объемы, и воздух туда поступает через отверстия в дроссельных шайбах 19 и 20. При нормальной работе воздух из основных импульсных пневмолиний 8 и 9 через замедлители 17 и 18 не сбрасывается, давление в обоих полостях замедлителей

17. 18 одинаковые и клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами. При резком увеличении нагрузки регулятор скорости 11 отреагировал бы быстрым увеличением давлений в основных импульсных пневмолиниях 8 и 9 для открытия топливных клапанов 35 и 49, но при наличии замедлителей эти давления быстро не увеличиваются, и быстрого увеличения топливоатдачи не произойдет, т,е, клапаны в замедлителях 17, 18 откроются, и произойдет сброс воздуха в атмосферу. Клапаны открываются потому, что в полости с пружинами воздух поступ, т через дроссели 19 и

20, и давление в этих полостях будет расти времени, необходимое для снижения термических напряжений в лопатках двигателя, может быть отрегулировано размером дроссельных отверстий шайбах 19 и 20.

Аналогичным образом замедлители действуют при резком изменении задания на регуляторе скорости 11, что особенно важно в период пуска агрегата после зажигания факела, т.к. воздух от компрессоров поступает в камеру сгорания в недостаточном количестве, и замедление открытия регулирующих клапанов предохранит попаточный аппарат двигателя от пережога.

Скоростной золотник 21 и регулирующие устройства 22 и 23 с пружинными мембранными исполнительными механизмами предназначены для закрытия топливных клапанов по величине ускорения частоты вращения при сбросе нагрузки.

1815372

При нормальной работе агрегата, когда частота вращения неизменна или изменяется медленно, давление в проточной линии

10 также неизменно или изменяется плавно и клапаны в устройствах 22 и 23 натяжением пружин прикрывают выпуск воздуха из основных импульсных пневмолиний 8. 9. При отключении генератора от электрической сети или при частичном сбросе нагрузки, когда генератор работает на индивидуаль-. ную сеть частота вращения вала двигателя начнет быстро увеличиваться. В скоростном золотнике 21 прикрывается сбросное отверстие, выпускающее воздух из проточной линии 10, и давление в ней начнет быстро повышаться. Сразу же оно повыситься и в полостях мембран со стороны клапанов, а в полостях с пружинами из-за наличия шайб

24 и 25, и значительного объема полостей оно останется в первый момент неизменным, и клапаны в устройствах 22, 23 откроются для выпуска воздуха из импульсных пневмолиний 8, 9 что своевременно сократит топливоподачу. Скорость и величина отработки регулирующих устройств 22; 23 зависитoT величины сброса нагрузки и площади отверстий в дроссельных шайбах 24 и

25.

Со временем давления в полостях, где установлены пружины, сравняются с давлением в импульсной пневмолинии 10, регулирующие устройства 22 и 23 прекратят воздействие на уменьшение топливоотдачи, и она будет находиться под управлением регулятора скорости 11.

Рассмотрим пуск газотурбинного двигателя и его работу на газообразном топливе при остановленном насосе жидкого топлива

45 и при установке переключателя топлива

12 в положение работы на газообразном топливе.

На агрегате включается пусковой масляный насос и пусковой компрессор для заполнения системы . регулирования воздухом. Включается в работу дожимной масляный насос 74 и периодической подачей напряжения к электромагнитному золотнику 73 вводится в работу валоповоротное устройство 72 для проворачивания вала КНД. Нажатием на кнопку 28 взводится (или проверяется взведение) выключатель 27 автомата безопасности 26. Устанавливается под напряжение электромагнитный вентиль 41, Воздействием на механизм управления регулятора скорости 11 в сторону уменьшения задания частоты вращения закрывается сброс воздуха из пневмолинии предельной защиты 7 . и в линии устанавливается рабочее давление, Открываются стопорные клапаны 34 и настроен регулятор 47; т.к. в это время в канале подачи топлива 52 за регулирующим клапаном 49 давления нет. Включается запал и подается напряжение на электромагнитный вентиль 54. Открывается клапан 51.

55 B камере зажигается факел, Воздействием на механизм уцравления регулятора скорости 11 в сторону увеличения частоты вращения повышается давление в проточной линии 9. Начинает открываться регулирующий клапан 49. Частота вращения вала дви15

48 и клапан дежурного горения 50. Подачей напряжения к- электромагнитному вентилю

71 и к электромагнитному клапану 68 включается в работу разгонный двигатель 64 и компрессорный вал высокого давления начинает вращаться, Подается напряжение к электромагнитному клапану 39. В канале подачи газообразного топлива 32 открывается. отсечной клапан 33. в камере сгорания включается электрический запал и подается напряжение на электромагнитный вентиль

42, открывается клапан 37, и в камере зажигается факел. Отключается напряжение от электромагнитного вентиля 41, и открывается клапан дежурного горения 36, после чего закрывается клапай 37. В регуляторе скорости механизм управления постепенно переводится в сторону увеличения задания частоты вращения. Сброс воздуха из проточной линии прикрывается, и с некоторого момента начинает открываться регулирующий клапан 35. Подачей топлива. в камеру увеличивается частота вращения. С некоторого момента начнет вращаться вал КНД, валоповоротное устройство 72 отключается, и остановится дожимной масляный насос

74. Отключается и останавливается разгонный двйгатель 64, останавливаются пауковые масляный насос и компрессор.

Регулятором скорости 11 устанавливается рабочая частота вращения, генератор синхрониэируется с сетью и включается в нее.

Воздействием на механизм управления регулятора скорости 12 устанавливается требуемая нагрузка генератора

: Если пуск производится на жидком топливе,:то переключатель топлива 12 устанавливается в положенииработы на жидком топливе, открываются стопорные клапаны

34 и 48 и клапан 50, запускается в работу разгонный двигатель. 64 и валоповоротное устройство КРД 72, включается в работутопливный насос 45.

В линии 52 перед редукционным клапаном 46 устанавливается максимальное рабочее давление топлива, и в линии перед стопорным клапаном 48 эа счет работы регулятора перепада 47 установится давление, равное величине перепада, на который

1815372

10 гателя повышается. Отключается валоповоротное устройство КНД 72, останавливаются разгонный двигатель 64, пусковой масляный насос, пусковой комп рессор и дожимная масляная установка 74. Устанавливается рабочая частота вращения вала двигателя, синхронизируется генератор, и он включается в сеть. Загружается генератор воздействием на механизм управления регулятора скорости 11.

Во время работы на одном из топлив имеется возможность перейти на одновременную работу на двух топливах, либо перейти с одного топлива на другое.

Например, двигатель работал на газообразном топливе и возникла необходимость подключения жидкого.

Осуществляется это следующим образом:

Запускается топливный насос 45жидкого топлива. Подается напряжение к электромагнитному вентилю 54, Откроется клапан

51, и в камеру поступит де>курное жидкое топливо. Нагрузка на генераторе несколько повысится, но при необходимости ее можно восстановить, воздействуя на механизм управления регулятора скорости 11 за счет сокращения расхода газообразного топлива. Механизм управления переключателя 12 перемещается в сторону работы на жидком топливе. При этом регулирующий клапан 35 в канале газообразного топлива эа счет открытия в переключателе 12 сброса воздуха из импульсной пневмолинии 8, начнет прикрываться, а регулирующий клапан 49 в канале жидкого топлива 44. За счет прикрытия в переключателе 12 сброса воздуха из импульсной пневмолинии 9 будет открываться. При необходимости можно совершать и полный переход, который закончится снижением напряжения с электромагнитного клапана 39 и установкой под напряжение электромагнитного вентиля 41. Перекроется отсечной клапан 33 и закроется клапан дежурного горения 36, В этом момент нагрузка не генераторе за счет перекрытия дежурного газообразного топлива несколько сократится, но ее при необходимости можно восстановить, воздействуя на ме:.анизм управления регулятора скорости 11 для открытия регулирующего клапана 49.

Остановка агрегата может быть с постепенной разгрузкой генератора с последующим отключением его от сети и с постепенным прикрытием топливоподачи и также последующим отключением генератора.

Остановка может быть происходить и по импульсу аварийной остановки, как от руки нажатием на кнопку 29, так и автоматически от срабатывания автоматов безопасности

15

25 ми клапанами, в линии нагнетания

30 компрессора высокого давления. о т л и ч à l0щ а я с я тем,.что, с целью повышения на35

26 и 30 или электромагнитного вентиля 31.

Во всех случаях происходит автоматическое отключение генератора от сети, остановка топливного насоса 45 жидкого топлива, отключение напряжения от электромагнитного клапана 39 и закрытие отсечного клапана

33. В результате снижения давления в пневмолинии предельной защиты 7 закроются стопорные клапаны 34 и 48, клапаны дежурного горения 36 и 50.

Окрытием электромагнитного вентиля

63 открывается за КНД выпускной клапан

61. В регуляторе скорости 11 срабатывает астатическое устройство, в результате чего закроются и регулирующие клапаны 35 и 49.

Формула изобретения

1. Система регулирования газотурбинного двигателя, содержащая гидродинамический регулятор скорости с механизмом управления, имеющий окно сброса воздуха, связанный через дроссели импульсными пневмолиниями с регулирующим клапаном и ограничителем приемистости и пневмолинией предельной защиты — со стопорным клапаном. устройствами запуска двигателя и выпускным воздушным клапаном, установленным совместно с противопомпажныдежности и расширения функциональных возможностей путем. обеспечения работы двигателя, на двух видах топлива, система содержит клапаны дежурного горения, переключатель топлива с постоянной суммарной площадью сечений для сброса воздуха, дополнительные выпускные воздушные, регулирующий и стопорный клапаны, соединенные с пневмолинией предельной защиты, регулятор перепада давлений с пружиной и поршневой полостями, первая из которых соединена с выходом дополнительного регулирующего клапана, а вторая— с входом дополнительного стопорного клапана, два электромагнитных вентиля, подключенных к импульсным пневмолиниям, и электромагнитный вентиль, подключенный к пневмолинии предельной защиты, два регулирующих устройства с мембранными приводами, имеющие пружинные и штоковые полости, подключенные к импульсным пневмолиниям, дроссельные шайбы, дополнительную импульсную пневмолинию и скоростной золотник, связанный дополнительной импульсной пневмолинией со штоковыми полостями и через дроссельные шайбы с пружинными полостями регулирующих устройств, замедлители приема нагрузки.с пружинными и штоковыми поло1815372 стями, подключенными к импульсным пневмолиниям, причем штоковые полости подключены непосредственно, а пружинные— через дроссельные шайбы, - 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения равных характеристик регулирования при разных видах топлива, гидродинамической регулятор скорости имеет дополнительное окно сброса воздуха. причем оба окна сброса воздуха

5 имеют одинаковые сечения, а площади отверстий дроссельных шайб на входе в импульсные пневмолинии также одинаковы.

1815372

Гъ ыВ

Редактор

Заказ 1623 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенияг и открытиям при ГКНТ СССР

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

1 и

Составитель Ю.Дюбанов

Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Ужгород, ул.Гагарина. 101