Устройство для управления нагрузкой турбины

 

Изобретение может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях. Цель изобретения - повышение надежности работы турбины в режимах нагружения. К турбине 1 подключены регулятор (Р) 2 нагрузки по тепловому состоянию металла ее элементов, датчик 3 нагрузки и блок 5 определения температур. Один из датчиков блока 5 подключен к входам сумматора (С) 4 через функциональный преобразователь (ФП) 6, а остальные датчики - через блок 7 формирования текущей разности температур. Выход С 4 подсоединен к ФП 8. В линию связи между ФП 8 и Р 2 включены последовательно установленные С 9 и демпфирующее звено 10, при этом второй вход С 9 связан с одним выходом датчика 3, второй выход которого связан с вторым входом Р 2. С целью дополнительного повышения надежности работы турбины в режимах разгружения в устройство могут быть введены последовательно соединенные С 13, ФП 14, С 15, при этом выход С 13 подключен к входу демпфирующего звена 12, а входы С 15 - к выходам ФП 6 и блока 7. Выходы звеньев 10 и 12 подключены к первому входу Р 2 через замыкающие контакты переключателя 11. Таким образом осуществляется непрерывный контроль и управление изменением нагрузки турбины в зависимости от теплового состояния как в сторону нагружения, так и в сторону разгружения турбины. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для автоматизации управления изменением нагрузки паровых турбин тепловых и атомных электростанций. Цель изобретения повышение надежности работы турбины в режимах нагружения, а также дополнительное повышение надежности работы турбины в режимах разгружения. На фиг. 1 изображена схема устройства при реализации режимов нагружения турбины; на фиг. то же, при реализации режимов нагружения и разгружения турбины; на фиг. 3 вариант подключения датчиков температуры металла к блоку формирования текущей разности температур; на фиг. 4 зависимость предельно допустимых значений разности температур от температуры металла, реализуемая в первом функциональном преобразователе; на фиг. 5 зависимость допускаемых приращений нагрузки в сторону ее увеличения от отклонения разности температур, реализуемая во втором функциональном преобразователе; на фиг. 6 зависимость допускаемых приращений нагрузки в сторону уменьшения от отклонения разности температур, реализуемая в третьем функциональном преобразователе. Устройство для управления нагрузкой турбины 1 по тепловому состоянию металла ее элементов содержит регулятор 2 нагрузки с датчиком 3 нагрузки, первый сумматор 4, к входам которого один из датчиков температуры металла блока 5 определения температур подключен через первый функциональный преобразователь 6, а остальные датчики температуры блока 5 подключены к сумматору 4 через блок 7 формирования текущей разности температур, при этом выход сумматора 4 подсоединен к второму функциональному преобразователю 8. Устройство также содержит второй сумматор 9 и демпфирующее звено 10. Второй сумматор 9 включен в линию связи между вторым функциональным преобразователем и регулятором 2 нагрузки, при этом один вход второго сумматора 9 связан с выходом второго функционального преобразователя 8, другой вход сумматора 9 подключен к датчику 3 нагрузки, а выход второго сумматора 9 подсоединен через демпфирующее звено 10 к входу регулятора 2 нагрузки. В устройстве, показанном на фиг. 2, в линию связи между выходом демпфирующего звена 10 и входом регулятора 2 нагрузки включен один из замыкающих контактов переключателя 11, через другой замыкающий контакт которого к входу регулятора нагрузки дополнительно подключена цепь, содержащая последовательно соединенные дополнительное демпфирующее звено 12, третий сумматор 13, третий функциональный преобразователь 14, четвертый сумматор 15. При этом вход третьего сумматора 13 подключен также к датчику 3 нагрузки, а входы третьего сумматора 13 подключены к выходам первого функционального преобразователя 6 и блока 7 формирования текущей разности температур. Для контроля величины задания нагрузки в устpойстве могут быть предусмотрены показывающие приборы: 16 в цепи нагружения, 17 в цепи разгружения, 18 в цепи измерения текущей нагрузки. В первом сумматоре 4 формируются при нагружении сигналы отклонения текущей разности температур от предельно допустимых значений этой разности по зависимости Δδ⁺= δ⁺_доп-δ, где Δδ⁺ отклонение текущей разности температур от предельно допустимых значений при нагружении турбины; δ⁺_доп предельно допустимое значение разности температур при нагружении турбины; δ текущее значение разности температур. Блок 7 формирования текущей разности температур выполнен в виде сумматора, в котором из сигнала температуры в одной характерной точке металла турбины вычитается сигнал в другой характерной точке металла турбины. При этом в качестве характерных выбираются точки, которые определяют уровень термонапряженного состояния металла турбины. Если в качестве характерных точек выбирают точки ротора вращающегося элемента, в котором нельзя непосредственно устанавливать термопары, то датчики температуры входят в состав блока определения температур, моделирующего прогрев ротора. Такой блок может содержать датчики 19 температуры пара t_n в проточной части турбины и последовательно соединенные инерционные звенья 20, 21, отражающие эффект инерционного запаздывания прогрева металла ротора на его обогреваемой (температура t_об) и глубинной (температура t_гл) поверхностях вдоль по радиальному характерному сечению ротора. В первом функциональном преобразователе 6 формируется предельно допустимое значение разности температур металла турбины в зависимости от температуры металла турбины (т.е. δ^±_доп= f(t), где t температура обогреваемой поверхности металла) где δ^±_доп предельно допустимое значение разности температур; А постоянная величина предельно допустимых значений разности температур, определяемая пределом текучести металла конструктивного элемента турбины; B постоянная величина, характеризующая степень уменьшения предела длительной прочности металла с ростом его температуры свыше температуры t*, при которой происходит переход прочностных характеристик металла от предела текучести к пределу длительной прочности. Верхняя зависимость 22 (фиг. 4) относится к режиму нагружения, а нижняя зависимость 23 к режиму разгружения. Во втором функциональном преобразователе 8 формируются сигналы, характеризующие величину допускаемого приращения нагрузки в сторону увеличения, по зависимости (фиг. 5)
где ΔN⁺_доп допускаемое приращение нагрузки в сторону увеличения;
ΔN⁺_огр предельная величина приращения нагрузки, задаваемая нормативными материалами по проектированию турбины и составляющая обычно 5 - 10% от номинального значения нагрузки турбины;
Δδ⁺ отклонение текущей разности температур от предельно допустимых значений при нагружении турбины;
K коэффициент пропорциональности. Коэффициент пропорциональности К может быть выбран исходя из расчетной статической зависимости нагрузки турбины N от температуры пара t_n в проточной части. Так как смещение зависимости на нерасчетных режимах осуществляется обычно эквидистантно по отношению к расчетной зависимости, то можно считать, что и отношение приращения нагрузки DN к приращению температуры пара Dt_n мало меняется на нерасчетных режимах. При выборе допускаемого приращения нагрузки ΔN⁺_доп можно считать, что допускаемые отклонения разности температур Δδ⁺ равны приращению температуры пара (т.е. Δδ⁺= δ⁺_доп-δ≈Δt_n) Следовательно, коэффициент пропорциональности К, численно равный отношению допускаемого приращения нагрузки к отклонению разности температур, может быть определен как отношение приращения нагрузки ΔN к приращению температуры пара Δt_n. При этом данное отношение выбирается по самому пологому участку расчетной характеристики, что обеспечивает введение определенного коэффициента запаса при формировании допускаемых приращений нагрузки на различных режимах работы турбины. Во втором сумматоре 9 формируются сигналы допускаемых значений нагрузки в сторону увеличения по зависимости
N⁺ = N+ΔN⁺_доп,
где N текущая нагрузка турбины;
ΔN⁺_доп допускаемое приращение нагрузки турбины в сторону увеличения;
N₊ верхнее допускаемое значение нагрузки. Демпфирующее звено 10 является инерционным звеном первого порядка с динамической постоянной, близкой к динамическим постоянным термодинамических гильз датчиков температуры. Данное звено обеспечивает согласование в динамике относительно быстрых процессов изменения нагрузки турбины и более инерционных процессов измерения температуры пара и металла турбины, что препятствует проведению резких и глубоких изменений нагрузки до появления представительного замера температуры металла. В четвертом сумматоре 15 при разгружении турбины формируются сигналы отклонения текущей разности температур от предельно допустимых значений по зависимости

Δδ^- отклонение текущей разности температур от предельно допустимых значений при разгружении турбины;
предельно допустимые значения разности температур при разгружении турбины. В третьем функциональном преобразователе 14 формируются сигналы, характеризующие величину допускаемого приращения нагрузки в сторону уменьшения (фиг. 6) по зависимости

где Δδ^- отклонение текущей разности температур от предельно допустимых значений при разгружении турбины;
ΔN^- допускаемое приращение нагрузки турбины в сторону ее уменьшения;
ΔN^-_огр предельная величина, ограничивающая допускаемое приращение нагрузки. Величины ΔN^-_огр и ΔN⁺_огр устанавливаются одинаковыми по модулю. В третьем сумматоре 13 формируются сигналы допускаемых значений нагрузки в сторону уменьшения по зависимости
N^-= N+ΔN^-_доп,
где ΔN^-_доп допускаемое приращение нагрузки турбины в сторону уменьшения;
N нижнее допускаемое значение нагрузки. Дополнительное демпфирующее звено 12 аналогично звену 10, а динамическая постоянная звена 12 равна динамической постоянной звена 10. Переключатель 11 является однополюсным многопозиционным коммутирующим устройством с замыкающими контактами. При этом один из контактов переключателя 11 подсоединяет к регулятору 2 нагрузки выход демпфирующего звена 10, т. е. коммутирует цепь формирования задания на нагружение турбины, другой из контактов переключателя 11 коммутирует цепь формирования задания на разгружение турбины, подсоединяя выход демпфирующего звена 12 к регулятору 2 нагрузки. Остальные контакты переключателя 11 могут быть использованы для подключения к регулятору 2 нагрузки внешних устройств задания нагрузки, например, устройств регулирования нагрузки турбины на стационарных режимах работы. Устройство при нагружении турбины работает следующим образом. На выходах датчиков температуры при нагружении турбины формируются сигналы, характеризующие текущее сопловое состояние турбины 1. В блоке 7 по этим сигналам формируется сигнал δ текущего значения разности температур, которое при нагружении обычно отклоняется в область положительных значений, а в преобразователе 6 предельно допустимого значения δ^±_доп разности температур. Сигнал δ текущего значения разности температур вычитается из сигнала δ⁺_доп предельно допустимого значения разности температур в первом сумматоре 4, где образуется сигнал Δδ⁺ отклонения текущей разности температур от предельно допустимых значений. Сигнал Δδ⁺ преобразуется во втором функциональном преобразователе 8 в сигнал ΔN⁺_доп допускаемых приращений нагрузки, который, суммируясь во втором сумматоре 9 с сигналом N текущей нагрузки, образует сигнал N⁺ верхнего допускаемого значения нагрузки. Допускается тем большее увеличение нагрузки сверх ее текущего значения, чем больше величина фактического отклонения текущей разности температур от предельно допустимого значения. При этом слишком большие увеличения нагрузки не допускаются, что обеспечивается ограничением выходного сигнала преобразователя 8 (т.е. N⁺≅ N+ΔN⁺_огр), а при наличии сигнала недопустимого повышения текущей разности температур (Δδ⁺ <0) появляется сигнал в сторону разгружения турбины (N⁺ <N).+, сглаженный демпфирующим звеном 10, поступает на вход регулятора 2 нагрузки в качестве сигнала задания. Регулятор 2 изменяет нагрузку турбины 1 вплоть до момента достижения фактической нагрузкой N заданного значения N⁺. При этом сигнал d текущей разности температур достигает уровня предельно допустимых значений δ⁺_доп и дальнейшее нагружение осуществляется в темпе, согласованном с прогревом турбины, т.е. при условии поддержания текущей разности температур δ на уровне, близком к предельно допустимым значениям δ⁺_доп. При реализации режимов нагружения и разгружения устройство (фиг. 2) работает следующим образом. Получив команду от диспетчера на изменение нагрузки, оператор устанавливает переключатель 11 в одно из двух положений в зависимости от требования направления изменения нагрузки. При нагружении турбины переключатель 11 замыкает контакт, подключающий регулятор 2 нагрузки к выходу демпфирующего звена 10, а при разгружении турбины замыкается контакт, подключающий регулятор 2 к выходу дополнительного демпфирующего звена 12. Процесс нагружения при этом осуществляется в соответствии с описанным, а по показывающему прибору 16 можно контролировать величину сигнала N⁺ задания нагрузки, являющегося верхним допускаемым значением нагрузки. Процесс разгружения турбины осуществляется аналогично, в зависимости от сигнала задания, являющегося нижним допускаемым значением нагрузки и поступающего на регулятор 2 с выхода дополнительного демпфирующего звена 12. На выходах датчиков температуры при этом формируются сигналы, характеризующие тепловое состояние турбины 1. В блоке 7 по этим сигналам формируется сигнал δ текущего значения разности температур (являющегося при разгружении обычно отрицательным), который вычитается в четвертом сумматоре 15 из сигнала δ^-_доп предельно допустимого значения, сформированного в первом функциональном преобразователе 6, образуя сигнал Δδ^- отклонения. Сигнал Δδ^- преобразуется в третьем функциональном преобразователе 14 в сигнал ΔN^-_доп допускаемых приращений нагрузки в сторону уменьшения, который, суммируясь в третьем сумматоре 13 с сигналом N текущей нагрузки, образует сигнал N^- нижнего допускаемого значения нагрузки. Формирование сигнала ΔN^-_доп осуществляется с учетом ограничения, не допускающего слишком больших уменьшений нагрузки, а при наличии сигнала недопустимого уменьшения текущей разности температур (Δδ^->0) появляется сигнал на нагружение турбины (N^- > N). Регулятор 2 в соответствии со сглаженным сигналом уменьшает нагрузку турбины. При этом сигнал δ текущей разности температур достигает уровня предельно допустимого значения δ^-_доп и дальнейшее разгружение осуществляется в темпе, согласованном с расхолаживанием турбины, т.е. при условии поддержания текущего значения δ разности температур на уровне, близком к предельно допустимым значениям δ^-_доп.. По показывающему прибору 17 можно контролировать величину сигнала задания нагрузки N^-, являющегося нижним допускаемым значением нагрузки. Таким образом осуществляют непрерывно контроль и управление изменением нагрузки турбины в зависимости от теплового состояния как в сторону нагружения, так и в сторону разгружения турбины.

Формула изобретения

1. Устройство для управления нагрузкой турбины, содержащее регулятор нагрузки с датчиком нагрузки, первый сумматор, к входам которого один из датчиков температуры металла подключен через первый функциональный преобразователь, а остальные датчики температуры подключены через блок формирования текущей разности температур, выход первого сумматора подсоединен к второму функциональному преобразователю, второй сумматор и демпфирующее звено, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы турбины в режимах нагружения, входы второго сумматора связаны с выходами второго функционального преобразователя и датчика нагрузки, а выход второго сумматора подсоединен через демпфируюшее звено к входу регулятора нагрузки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью дополнительного повышения надежности работы турбины в режимах разгружения, в него введены последовательно соединенные третий сумматор, третий функциональный преобразователь, четвертый сумматор и дополнительное демпфирующее звено и переключатель с контактами, причем входы третьего сумматора подключены к выходам блока формирования текущей разности температур и первого функционального преобразователя, один из входов четвертого сумматора подсоединен к датчику нагрузки, один из контактов переключателя введен между демпфирующим звеном и входом регулятора нагрузки, а к другому контакту подсоединен выход дополнительного демпфирующего звена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.11.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 20-2003

Извещение опубликовано: 20.07.2003        

---