система управления теплофикационными отборами паровой турбины

Формула изобретения

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫМИ ОТБОРАМИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащая сервомотор части высокого давления и сервомотор части низкого давления с концевыми выключателями, соединенные с регуляторами скорости и отборов пара, снабженными задающими устройствами, сервомотор стопорного клапана, соединенный с золотниками автомата безопасности, и предохранительное устройство регулирования в отборах, отличающаяся тем, что предохранительное устройство выполнено в виде реле давления в отборах, одни из которых имеют уставку срабатывания по первому пределу, другие - по более высокому второму пределу, трехпозиционного переключателя с тремя управляющими входами и логическим блоком, подключенным к реле давления по первому пределу, при этом реле давления по второму пределу соединены с золотниками автомата безопасности, логический блок содержит элемент ИЛИ с прямыми и инверсными выходами, реле-повторители и два элемента И, первый из которых имеет инверсный выход, к входам элемента ИЛИ подключены реле давления по первому пределу, прямые выходы элемента ИЛИ подсоединены к входам элементов И, а инверсный выход - к первому управляющему входу переключателя, к другим входам первого элемента И подключены через реле-повторители концевые выключатели сервомотора части низкого давления, а выход первого элемента И подсоединен к второму управляющему входу переключателя, к входу второго элемента И подсоединен инверсный выход первого элемента И, а выход второго элемента И подсоединен к третьему управляющему входу переключателя, выходы переключателя соединены с задающими устройствами регулятора отборов и регулятора скорости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в теплофикационных турбинах для управления давлением в камерах теплофикационных отборов и связанных с ними подогревателей при недопустимом повышении давления.

Известна система управления теплофикационной турбиной, содержащая сервомоторы частей высокого и низкого давлений, соединенные с регуляторами скорости и отборов пара, сервомотор стопорного клапана, соединенный с автоматом безопасности, и предохранительный регулятор давления в камере отбора [1]. Предохранительный регулятор давления, воздействуя на предохранительный клапан, защищает турбину от повышения давления в камере отбора. Однако применение предохранительных клапанов предопределяет их дороговизну и громоздкость, а также громоздкость подсоединяемых к ним трубопроводов, служащих для отвода в атмосферу большого количества пара. Это особенно проявляется на теплофикационных отборах, где из-за низкого уровня давления предохранительные клапаны и трубопроводы являются наиболее громоздкими и сильно усложняющими компоновку и монтаж турбоустановки.

Кроме того, на теплофикационных отборах, особенно в случаях наличия двухступенчатой системы подогрева сетевой воды, камеры отбора могут работать под разрежением, что может приводить к дополнительным присосам воздуха через предохранительные клапаны большого диаметра, снижая экономичность и надежность работы турбоагрегата.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является система управления теплофикационой турбиной, не содержащая предохранительных клапанов [2]. Данная система состоит из цепей регулирования, содержащих сервомотор части высокого давления и сервомотор части низкого давления, связанные с регуляторами скорости и отборов пара, снабженными задающими устройствами, и цепи защиты, содержащей сервомотор стопорного клапана, соединенный с автоматом безопасности через золотник автомата безопасности с электромагнитными выключателями. Вместо предохранительных клапанов в систему введено предохранительное устройство регулирования давления в отборе, содержащее импульсный элемент мембранно-ленточного типа, воспринимающий импульс по давлению пара в отборе, связанный с импульсным элементом гидравлический усилитель в виде вращающегося золотника, обеспечивающего введение необходимых уставок срабатывания и автоматическое воздействие на сервомотор части высокого давления и сервомотор стопорного клапана при недопустимом повышении давления в отборе, и блокирующий элемент. Автоматическое воздействие вращающегося золотника на сервомоторы осуществляется по линиям связи, причем на линии связи к сервомотору части высокого давления установлен блокирующий элемент, управляющий вход которого подключен к выходу сервомотора стопорного клапана. Предохранительное устройство обеспечивает защиту от повышения давления в камере отбора не путем выпуска пара через предохранительные клапаны, а посредством ограничения доступа пара в отбор турбины вплоть до его полного прекращения.

Система работает следующим образом.

При недопустимом повышении давления в камере отбора импульсный элемент воздействует на вращающийся золотник, который по достижении определенной величины начинает закрывать сервомотор части высокого давления и сервомотор стопорного клапана, ограничивая рост давления в камере регулируемого отбора. При закрытии сервомотора стопорного клапана по сигналу, характеризующему его положение, срабатывает блокирующий элемент, отключающий связь импульсного элемента с сервомотором части высокого давления и удерживающий этот сервомотор в закрытом состоянии при закрытом стопорном клапане. После устранения причин повышения давления, когда оно начнет снижаться в камере регулируемого отбора, начнет открываться сервомотор стопорного клапана. При этом, так как сервомотор части высокого давления остается закрытым, то открытие стопорного клапана будет осуществляться при малом перепаде давления на нем, что не требует от сервомотора стопорного клапана значительных перестановочных усилий. По мере открытия сервомотора стопорного клапана по сигналу о его положении срабатывает блокирующий элемент, включающий связь импульсного элемента через вращающийся золотник с сервомотором части высокого давления, открывая последний.

Таким образом, с помощью предохранительного устройства, состоящего из импульсного и блокирующего элементов, а также вращающегося золотника с настройкой уставок срабатывания, соединенных с сервомотором стопорного клапана и сервомотором части высокого давления, обеспечивается предельно регулирование давления в отборе при его недопустимом повышении.

Недостатком системы является ее некоторая сложность, особенно при использовании на действующих турбоагрегатах, имеющих штатную систему регулирования и защиты, выполненную на традиционных принципах. В этих случаях для реконструкции системы защиты теплофикационных отборов с целью исключения из работы предохранительных клапанов необходимо введение дополнительных специфических элементов: вращающегося золотника, импульсного элемента мембранно-ленточного типа. Изготовление же этих элементов в станционных условиях затруднительно из-за отсутствия на электростанции специального оборудования и технологии. Кроме того, необходимо проводить существенную реконструкцию системы защиты турбины, так как автоматическое управление стопорным клапаном выполняется односторонним и необратимым, т.е. не допускающим обратного ввода защиты в работу. Осуществляется это посредством автоматического удержания сервомотора стопорного клапана в закрытом состоянии после его начального закрытия. Известная же система реализует автоматизм обратного ввода защиты по повышению давления в отборе, что вынуждает отказаться от устройств автоматического удержания стопорного клапана в закрытом состоянии при срабатывании других тепломеханических защит турбины или реконструировать их в этой части.

Цель изобретения - упрощение системы за счет выполнения предохранительного устройства регулирования давления в отборах без предохранительных клапанов на базе более простых, типовых электрических элементов с односторонним воздействием на сервомоторы стопорного клапана, части высокого и низкого давлений.

Цель достигается тем, что в системе управления, содержащей сервомотор части высокого давления и сервомотор части низкого давления с концевыми выключателями, соединенные с регулятором скорости и отборов пара, снабженными задающими устройствами, сервомотор стопорного клапана, соединенный с золотниками автомата безопасности, имеющими электромагнитные выключатели, и предохранительное устройство регулирования давления в отборах, последнее выполнено в виде реле давления в отборах, один из которых имеют уставку срабатывания по первому пределу, другие - по более высокому второму пределу, трехпозиционный переключатель с логическим блоком, подключенным к реле давления по первому пределу, при этом реле давления по второму пределу соединены с золотниками автомата безопасности через электромагнитные выключатели, логический блок содержит элемент ИЛИ и два элемента И, к входам элемента ИЛИ подключены реле давления по первому пределу, прямые выходы элемента ИЛИ подсоединены к входам элементов И, а инверсный выход - к первому управляющему входу переключателя, отключающему задающие устройства регуляторов скорости и отборов, к другим входам первого элемента И подключены через реле-повторители концевые выключатели сервомотора части низкого давления, а выход первого элемента И подсоединен к второму управляющему входу переключателя, обеспечивающему включение в работу задающего устройства регулятора отборов, к инверсному входу второго элемента И подсоединен дополнительный выход первого элемента И, а выход второго элемента И подсоединен к третьему управляющему входу переключателя, обеспечивающему включение в работу задающего устройства регулятора скорости, второй и третий выходы переключателя соединены соответственно с задающим устройством регулятора отборов и задающим устройством регулятора скорости.

Выполнение предохранительного устройства на базе простых, типовых электрических элементов (реле давления, элементов логического блока, трехпозиционного переключателя) обеспечивает более простую конструкцию предохранительного устройства, чем в прототипе. В связи с тем, что эти элементы в их взаимосвязи обеспечивают одностороннее воздействие на сервомоторы турбины, в предлагаемой системе используется сервомотор стопорного клапана с односторонним (в сторону закрытия) автоматическим управлением, соответственно не требуется реконструкции системы защиты, воздействующей на электромагнитные выключатели турбины.

На фиг. 1 изображена схема системы управления теплофикационными отборами паровой турбины; на фиг. 2 - схема выполнения переключателя с логическим блоком.

Система содержит сервомотор 1 части высокого давления и сервомотор 2 части низкого давления, регулятор 3 скорости и регулятор 4 отборов, а также сервомотор 5 стопорного клапана, автомат 6 безопасности с золотниками 7. Система регулирования может быть связанной так, что сервомотор 1 части высокого давления подсоединяется к регулятору 3 скорости и регулятору 4 отбора, а сервомотор 2 части низкого давления подсоединяется к регулятору 4 отбора и регулятору 3 скорости. Сервомотор 2 части низкого давления может использоваться для регулирования давления в одной или нескольких камерах отборов, например, в верхнем и нижнем теплофикационных отборах при наличии двухступенчатой системы подогрева сетевой воды.

Сервомотор 5 стопорного клапана может быть один или несколько, например, в турбоагрегатах с двухниточной системой подвода пара или с системой промперегрева. Золотники 7 автомата безопасности обычно выполняются продублированными с целью повышения надежности цепей защиты и связываются с сервомотором 5 стопорного клапана.

Сервомоторы обычно снабжены концевыми выключателями. Так концевые выключатели 8, 9, 10 сервомотора 2 части низкого давления сигнализируют соответственно о полном закрытии сервомотора, его полном открытии и об ограничении хода сервомотора, которое может быть введено с помощью встроенного механизма.

Регуляторы скорости 3 и отборов 4 также обычно снабжаются задающими устройствами, позволяющими изменять дистанционно или по месту уставку задания регуляторам. В качестве задающего устройства 11 регулятора 3 скорости может использоваться, например, синхронизатор - механизм управления турбиной с электродвигателем постоянного тока. В качестве задающего устройства 12 регулятора 4 отборов может использоваться механизм изменения уставки задания с электродвигателем постоянного тока. Золотники 7 автомата безопасности снабжаются обычно электромагнитными выключателями 13, используемыми, например, для автоматической защиты турбины от осевого сдвига, падения вакуума и т.д.

Предохранительное устройство 14 содержит реле 15, 16, 17, 18 давления, трехпозиционный переключатель 19 с тремя управляющими входами 20, 21, 22 и логическим блоком 23, состоящим из элемента ИЛИ 24 и двух элементов И 25, 26. В качестве реле 15, 16, 17, 18 давления, устанавливаемых в отборах, могут использоваться, например, стандартные электроконтактные манометры или датчики давления с унифицированным электрическим выходом и аналого-дискретным преобразователем. Одна группа реле, устанавливаемая, например, в верхнем и нижнем отборах (реле 15 и 16), настраивается на срабатывание по I пределу, выбираемому исходя из условия определенного превышения над верхней границей диапазона нормального регулирования давления в отборах. Эта группа реле осуществляет предельное регулирование давления в отборах с помощью задающих устройств 11, 12 регуляторов скорости 3 и отборов 4. Другая группа реле 17, 18 давления устанавливается в каждом или одном из отборов и настраивается на срабатывание по II пределу, выбираемому исходя из прочностных показателей камер отборов и подсоединенных к ним трубопроводов и сетевых подогревателей. Реле давления по II пределу связываются с электромагнитными выключателями 13 турбины по цепям защиты. При этом в соответствии с требованиями надежности они могут быть подключены непосредственно к электромагнитным выключателям 13 или через какую-либо логическую схему, например И, ИЛИ, "2 из 3-х" с учетом установки дополнительных реле.

Переключатель 19 с логическим блоком 23 может быть выполнен, например, на базе элементов, используемых обычно в схемах управления электродвигателей задающих устройств регуляторов скорости и отборов. Переключатель 19 имеет три управляющих входа 20, 21, 22, в зависимости от состояния которых осуществляется либо отключение задающих устройств, либо включение в работу задающего устройства 12 регулятора 4 отборов, либо включение в работу задающего устройства 11 регулятора 3 скорости. Обеспечивается это с помощью логического блока 23, состоящего из элемента ИЛИ 24 и двух элементов И 25, 26. При этом к входам элемента ИЛИ 24 подключены реле 15, 16 давления, настроенные на I предел, а выход элемента ИЛИ подсоединен параллельно к входам элементов И 25, 26. Дополнительный инверсный выход элемента ИЛИ подключен к первому управляющему входу 20 переключателя 19, обеспечивающему отключение задающих устройств 11, 12 от цепей предельного регулирования давления в отборах. К входам первого элемента И 25 наряду с выходом элемента ИЛИ 24 подключены также концевые выключатели 8, 9, 10 сервомотора 2 части низкого давления через реле-повторителя 27, 28, 29. В качестве реле-повторителей 27, 28, 29 могут быть использованы стандартные реле, применяемые для размножения контактов концевых выключателей и их инвертирования. Выход первого элемента И 25 подключен к второму управляющему входу 21 переключателя 19, обеспечивающему включение в работу задающего устройства 12 регулятора 4 отборов. К входам второго элемента И 26 наряду с выходом элемента ИЛИ 24 подключен также инверсный выход первого элемента И 25, а выход второго элемента И 26 подключен к третьему входу 22 переключателя 19, обеспечивающему включение в работу задающего устройства 11 регулятора скорости.

Система управления работает следующим образом.

При повышении частоты вращения ротора турбина защищается двумя независимыми цепями: цепью регулирования скорости, состоящей из регулятора 3 скорости, воздействующего на сервомоторы 1 и 2, и цепью защиты, состоящей из автомата 6 безопасности, воздействующего через золотники 7 на сервомотор 5 стопорного клапана. При повышении давления в камере регулируемого отбора турбина защищается также двумя независимыми цепями: цепью регулирования отборов, состоящей из регулятора 4 отборов, воздействующего на сервомоторы 1 и 2, и цепью защиты с предохранительным устройством 14.

Предохранительное устройство 14 вступает в работу при возникновении аварийной ситуации, приводящей к недопустимому росту давления в отборах, например, при значительном сокращении или прекращении протока сетевой воды через подогреватели. При этом замыкаются контакты реле 15 или 16, настроенные на I предел, в зависимости от положения переключателя 19 с логическим блоком 23 включается в работу задающее устройство 12 регулятора отбора или задающее устройство 11 регулятора скорости. Задающие устройства 12 или 11, перемещаясь с постоянной скоростью, будут приводить соответственно к открытию сервомотора 2 части низкого давления или к закрытию сервомотора 1 части высокого давления, т.е. в сторону снижения давления в отборах, вплоть до его восстановления ниже I предела и отпускания реле 15 и 16. Включение в работу задающего устройства 12 регулятора отборов осуществляется в случае, если сервомотор 2 части низкого давления находится в зоне рабочих режимов, т. е. концевые выключатели, соответствующие верхнему, нижнему упорам (выключателям 8, 9), а также промежуточному ограничителю хода (выключателю 10), находятся в разомкнутом состоянии. В противном случае включается в работу задающее устройство 11 регулятора скорости. Такое подключение задающих устройств обеспечивается с помощью логического блока 23, служащего для автоматического определения необходимого режима работы.

В качестве таких режимов рассматриваются: режим нормального регулирования давления в теплофикационных отборах, когда задающие устройства 11, 12 отключены от цепей предельного регулирования давления; режим предельного регулирования давления с помощью задающего устройства 12 регулятора отборов, т.е. осуществляется путем открытия сервомотора 2 части низкого давления; режим предельного регулирования давления с помощью задающего устройства 11 регулятора скорости, т.е. осуществляется путем закрытия сервомотора 1 части низкого давления.

Соответственно этим режимам переключатель 19 имеет три положения, при которых соответственно задающие устройства 11 и 12 отключаются от цепей предельного регулирования давления либо вступает в работу задающее устройство 12 регулятора отборов, либо задающее устройство 11 регулятора скорости.

В логическом блоке 23 проверяются следующие условия:

условие А - Р_в> Р_в¹ или Р_н> Р_н¹;

условие Б - Н>Н_мин

условие В - Н<Н

условие Г - Н<Н где Р_вн^I - уставка срабатывания реле по I пределу для верхнего/нижнего отборов соответственно.

Р_в/н^I- фактическое значение давления в верхнем/нижнем отборах соответственно;

Н - положение сервомотора части низкого давления;

Н_{мин/макс} - положение сервомотора части низкого давления, соответстующее его максимальному/минимальному открытию;

Н_огр - положение сервомотора части низкого давления на ограничителе его хода.

Тогда логическая схема автоматического определения режимов работы турбины может быть представлена следующим образом.

(НЕ А) и (((Б) или (НеБ)) и ((В) или (НеВ) и ((Г) или (НеГ))) - режим нормального регулирования давления;

(А) и ((Б) и (В) и (Г)) - режим предельного регулирования давления с помощью задающего устройства 12 регулятора отборов;

(А) и (Не((Б) и (В) и (Г))) - режим предельного регулирования давления с помощью задающего устройства 11 регулятора скорости.

В соответствии с этим логический блок 23, воздействуя на переключатель 19, либо отсоединяет от цепей предельного регулирования давления электродвигатели задающих устройств 11, 12, либо подключает электродвигатель задающего устройства 12 регулятора отборов, либо подключает электродвигатель задающего устройства 11 регулятора скорости.

Это может быть реализовано (фиг. 2), например, с помощью реле Р21, Р22, контакты которых обеспечивают подключение или отключение от источников питания электродвигатели задающих устройств 12 и 11 регуляторов отборов и скорости. В режиме нормального регулирования уровень давления в отборах не превышает величины I предела, и контакты реле К15 и К16 разомкнуты. В этом случае выполняется условие (НеА), обмотки реле Р21 и Р22 обесточены и контакты этих реле отключают от источников питания электродвигатели задающих устройств 12 и 11. При повышении давления в верхнем или нижнем отборах выше I предела срабатывает реле 15 или 16, замыкая контакты К15 или К16, т.е. выполняется условие (А). При этом, если сервомотор 2 части низкого давления находится в зоне рабочих режимов, контакты его концевых выключателей К8, К9, К10 разомкнуты, а контакты реле-повторителей К27, К28, К29 в цепи питания реле Р21 - замкнуты. В этом случае выполняются условия (Б) и (В) и (Г), т.е. срабатывает реле Р21, один контакт которого подключает к источнику питания электродвигатель задающего устройства 12 регулятора отборов, а другой контакт обесточивает реле Р22, отключая задающее устройство 11 регулятора скорости от источников питания. В случае же, если сервомотор 4 части низкого давления находится не в рабочем состоянии, то какой-либо из контактов его концевых выключателей К8, К9, К10 замкнут. При этом разрывается цепь питания реле Р21, так как не выполняется условие (Б) и (В) и (Г), что приводит к срабатыванию реле Р22 с подключение к источнику питания электродвигателя задающего устройства 11 регулятора скорости.

При повышении давления в отборах выше II предела, что может иметь место, например, при отказе задающих устройств 11, 12, срабатывают реле 17, 18 давления, воздействующие через электромагнитные выключатели 13 на золотники 7 автомата безопасности и отключающие турбину путем закрытия сервомотора 5 стопорного клапана.

Действие предохранительного устройства 14 регулирования давления в отборах одностороннее. Восстановление нормального эксплуатационного режиме работы турбины должно производиться персоналом вручную после выявления и устранения всех причин, вызвавших недопустимое повышение давления.

Данная система управления по сравнению с известными имеет более простую конструкцию за счет использования типовых электрических элементов, при этом работоспособность системы управления не ухудшается. Данная система, предназначенная в первую очередь для регулирования теплофикационных отборов, где используются в настоящее время предохранительные клапаны большого диаметра, может использоваться и при регулировании других промежуточных отборов, например, производственных.