Система автоматического управления газотурбинной установкой

 

Изобретение относится к автоматическому управлению преимущественно двухвальными и одновальными газотурбинными установками (ГТУ) и позволяет повысить надежность и эффективность пуска и нагружения ГТУ, а также обеспечить работу ГТУ в автоматическом режиме с достижением предельной мощности с наилучшими экономическими показателями при существенных изменениях внешних условий. Регулирование турбины низкого давления (ТНД) и турбины высокого давления (ТВД) осуществляют сервомоторы 14 и 17 подачи топлива в камеры сгорания ТНД и ТВД по сигналам, поступающим через первый и второй электромеханические преобразователи 13 и 16 с выходов электрических блоков 12 и 15 регулирования ТНД и ТВД соответственно. Управляющее воздействие на электрический блок 12 регулирования ТНД формируют аналоговый регулирующий блок 23 и релейно-импульсный регулятор 9 пуска и нагружения через блок 10 управления и механизм 11 управления, содержащий электродвигатель 30 и датчик 31 управляющего воздействия. Текущее задание для указанных регуляторов формирует программный задатчик 7 с блоком 24 выделения минимального сигнала по сигналам с релейного автомата 8 пуска и нагружения и ключа 18 управления, а сигнал обратной связи - блок 22 выделения максимального сигнала по сигналам с датчиков 1, 3 и 5 температуры газов за ТВД, скорости вращения ТЕ ВЫСОКОЙ ЭКОНОМИЧНОСТЬЮ. 1 ИЛ.Ю.А.РАДИНН.А.ЦАЛИХИНА621.165ОДИТ НАРАСТАНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА, ПОСЛЕ ЧЕГО РТ оказывается в зоне N диффузорного течения. В зоне N с возникновением положительного градиента давления @ P/ @ X*98 0 происходит отрыв пограничного слоя от поверхности В 1 с образованием циркуляционного вихря K. Вихрь K занимает пространство от В 1 до Г 5, оттесняя линии тока РТ от радиального зазора. При этом создается дополнительное аэродинамическое сопротивление протечки РТ, что повышает экономичность ступени при сохранении надежности ее работы. 4 ил.в.б.кирилловн.а.цалих

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1539 (51) 5 F 02 С 9/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ» мЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlpH ГКНТ СССР (21) 4432912/25-06 (22) 29.04.88 (46) 30.01.90. Бюл. Ф 4 (71) ГРЭС В 3 им. Р.Э.Классона Московского районного энергетического управления "Мосэнерго" (72) В.Е.Орлов, А.С.Осыка, Л.И.Дубровский и Ф.В.Федосов (53) 621.438-55(088.8) ,(56) Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.196-200, рис.7.7.

2 (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ"

ЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению, преимущественно двухвальными и одновальными газотурбинными установками (ГТУ) и позволяет повысить надекность и эф фективность пуска и нагружения ГТУ, а такыре обеспечить работу ГТУ в антоматическом режиме.с достищением предельной мощности с .наилучшими экономическими показателями при существенных изменениях внешних условий. 1539356

Регулирование турбины низкого давления 2 (ТНД) и турбины высокого давления (ТВД) осуществляют сервомоторы 14 и 17 подачи топлива в камеры сгорания ТНД и ТВД по сигналам,, поступающим через первый и второй электромеханические преобразователи

13 и 16 с выходов электрических бло,ков 12 и 15 регулирования ТНД и ТВД соответственно. Управляющее воздей ствие на электрический блок 12 регулирования ТНД формируют аналоговый

;регулирующий блок 23 и релейно-импульсный регулятор 9 пуска и нагру жения через блок 10 управления и ,:механизм 11 управления, содержащий электродвигатель 30 и датчик 31 уп::правляющего воздействия. Текущее за. дание для указанных регуляторов формирует программный задатчик 7 с блоком 24 выделения минимального сигнала по сигналам с релейного автомата

8 пуска и нагружения и ключа 18 упI

Изобретение относится к автоматическому регулированию преимущественно энергетических газотурбинных установок (ГТУ).

Цель изобретения — повышение на1 дежности работы системы, и,, как следствие, повышение надежности и эффективности автоматического пуска и нагружения ГТУ, а также обеспечение работы ГТУ в автоматическом режиме с предельной выходной мощностью с наилучшими экономическими показателями при широких изменениях внешних условий.

На фиг.1 представлена структурная схема системы автоматического управления газотурбинной установкой; на фиг.2 — схема работы программного задатчика с блоком выделения минимального сигнала; на фиг.3 — график формирования сигнала текущего задания; на фиг.4 — график зависимости сигналов текущего параметра от режима работы ГТУ (типа ГТ-100); на фиг,5 — блок-схема совместной работы аналого-регулирующего блока, релейно-импульсного регулятора и электрического блока регулирования турбины низкого давления (ТНД); на фиг.6 — схема совместной работы ограничйтеля температуры газов за турравления, а сигнал обратной свяэи— блок 22 выделения максимального сигнапа по сигналам с датчиков 1, 3 и 5 температуры газов эа ТВД, скоро5 сти вращения ТВД и температуры газов за ТНД, поступающих через первый, второй и третйй преобразователи 2, 4 и 6. Релейно-импульсный регулятор 9 выполняет две функции: поддержание заданного значения текущего параметра и заданного значения выходного тока аналогового регулирующего блока 23, который на пусковых режимах притормаживает ротор ТВД, а на режиме максимальных нагрузок выполняет функцию быстродействующего и эффективного регулятора температур газов. Ограничитель 21 температуры

20 газов эа ТВД выполняет функцию корректора температуры газов за ТВД.

Такое выполнение системы повышает надежность ее работы. 6 ил. биной высокого давления (ТВД) и элек.трического блока регулирования ТВД.

Система автоматического управления газотурбинной установкой (фиг. 1) содержит последовательно соединенные датчик 1 температуры газон за

35 турбиной высокого давления (ТВД) и первый преобразователь 2, последовательно соединенные датчик 3 скорости вращения ротора турбины высокого давления и второй преобразователь 4, последовательно соединенные датчик 5 температуры газов за турбиной низкого давления (ТНД) и третий преобразователь 6, програмный задатчик 7, релейный автомат

8 пуска и нагружения с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами, последовательно соединенные релейно-импульсный регулятор 9 пуска и нагружения, блок 10 управ50 ления, механизм 11 управления,электрический блок 12 регулирования тур— бины низкого давления, первый электромеханический преобразователь 13 и сервомотор 14 подачи топлива в камеру сгорания турбины низкого давления, последовательно соединенные электрический блок 15 регулирования турбины высокого давления, второй электромеханический преобразователь

1539356 6

16 и сервмотор 17 подачи топлива в камеру сгорания турбины высокого давнизкого давления, подключенный к второму входу электрического блока 12 регулирования турбины низкого давления, выход первого электромеханического преобразователя 13 подключен к второму входу сервомотора 17 подачи топлива в камеру сгорания турбины высокого давления, выход датчика 3 скорости вращения ротора турбины высокого давления подключен к первому входу электрического блока 15 регулирования турбины высокого давления, первый выход ключа 18 управления под20 температуры газов sa турбиной вы- ,сокого давления и ограничитель 21 температуры газов за турбиной высокого давления, последовательно соединенные блок 22 вьделения максимального сигнала и аналоговый регулирующий блок 23, блок 24 вьделения минимального сигнала и задатчик 25 выходного тока аналогового регулирующего блока

23, подключенный к первому входу ре» лейно-импульсного регулятора 9 пуска и нагружения, второй вход которого подключен к выходу аналогового peryлирующего блока 23 и третьему входу электрического блока 12 регулирования турбины низкого давления, третий вход — к выходу блока 22 выделения максимального сигнала и первому входу аналогового регулирующего блока 23, четвертый вход — к выходу блока 24 выделения минимального сигнала ления, ключ 18 управления и датчик

19 скорости вращения ротора турбины ключен к второму входу блока 10 управления.

Кроме того, система содержит последовательно соединенные задатчик и второму входу аналогового регулирующего блока 23, а выход подключен к первому входу блока 10 управления через первый нормально разомкнутый контакт 26 релейного автомата 8 пуска и нагружения, выход первого преобразователя 2 подключен к второму входу ограничителя 21 температуры газов за турбиной высокого давленИя и первому входу блока 22 вьделения максимального сигнала, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя 4, а третий вход через второй нормально разомкнутый контакт 27 релейного автомата 8 пуска и нагружекия — к выходу третье-.

ro преобразователя 6, выход программного задатчика 7 подключен непосредственно к первому входу и через третий нормально разомкнутый контакт

28 релейного автомата 8 пуска и нагружения к второму входу блока 24 выделения минимального сигнала, второй выход которого через нормально

1g замкнутый контакт 29 релейного автомата 8 пуска и нагружения подключен к первому входу программного задатчика 7, второй вход которого подключен к выходу релейного автомата 8 пуска и нагружения, а третий вход — к второму выходу ключа 18 управления, выход ограничителя 21 температуры газов за турбиной высокого давления подключен к второму входу электри20 ческого блока 15 регулирования турбины высокого давления.

Механизм 11 управления содержит электродвигатель 30 и датчик 31 управляющего воздействия, причем рабо25 той электродвигателя 30 управляет блок 10 управления, представляющий собой тиристорный блок управления, воздействие на блок 10 оказывает через контакт 26 релейного автомата 8 релейно-импульсный регулятор 9 пуска и нагружения, содержащий первый сумматор 32 входных сигналов и последовательно соединенный с ним первый функциональный преобразователь 33, который совместно с механизмом 11 управления формирует пропорционально-интегральный закон регулирования.

Электрический блок 12 регулирования ТНД содержит первый блок 34

40 измерения частоты, второй функциональный преобразователь 35, который формирует пропорциональный закон регулирования скорости вращения ротора ТНД с заданной неравномерно45 стью, первый суммирующий усилитель

36, причем блок 34 преобразует сигнал от датчика 19 скорости вращения ротора ТНД, токовый сигнал усилителя 36 преобразуется в электромеханическом преобразователе 13 в сигнал давления масла гидравлической части регулирования и управляет тем самым сервомотором 14 подачи топлива в камеру сгорания ТНД и сервомотором

17 подачи топлива в камеру сгорания

ТБД.

Электрический блок 15 регулирования ТВД содержит второй блок 37 измерения частоты, преобразующий

1539356

Кроме того, система содержит приборы 44, 45 и 46 непрерывного контроля с устройствами сигнализации, причем прибор 44, контролирующий температуру газов за ТВД, выдает релейный сигнал в схему релейного автомата 8 об окончании нагружения ГТУ.

Программный задатчик 7 представля35 ет собой блок прецизионного интегрирования. Этот блок осуществляет реверсивное интегрирование аналогово входного токового сигнала Х (t). При этом обеспечивается управление режимамч работы интегратора блока. Функциональная зависимость между входным

Х,() и выходным Yqq (t) сигналом имеет вид: сигнал отдатчика 3 скорости вращения ротора ТВД, третий функциональный преобразователь 38, который формирует пропорциональный закон регулирования скорости вращения ротора ТВД с заданной неравномерностью, второй суммирующий усилитель 39, причем токовый сигнал усилителя 39 преобразуется в электромеханическом преобра- 10 зователе 16 в сигнал давления масла гидравлической части регулирования, который управляет только сервомотором 17.

Ограничитель 21 температуры газов за ТВД содержит второй сумматор

40 входных сигналов и четвертый функкциональный преобразователь 41, формирующий пропорциональный закон регулирования температуры газов за ТВД с заданной неравномерностью, причем сумматор 40 суммирует сигнал от датчика 1 температуры газов за ТВД и сигнал от эадатчика 20 температуры газов эа ТВД, а выходной токовый 25 сигнал ограничителя 21 суммируется и усиливается в усилителе 39 с сигналом преобразователя 38. Каждый из трек каналов обработки сигналов блока 22 выделения максимального сигнала содержит орган масштабирования, изменения постоянной составляющей, суммируемой с входным сигналом, и устройство сигнализации с логическим выходом, которое используется в схеме технологической сигнализации (не показаны), Каждый канал блока 24 выделения минимального сигнала содержит орган масштабирования, орган изменения постоянной составляющей, суммируемой с входным сигналом, орган демпфирования входного сигнала, а также устройство сигнализации с логическим выходом (не показаны), причем логический вы— ход устройства. сигнализации по каналу обработки сигнала второго входа подключен через контакт 29 релейного автомата 8 к схеме управления программным задатчиком 7.

Аналоговый регулирующий блох 23 содержит третий сумматор 42 входных сигналов и пятый функциональный преобразователь 43, с помощью которого устанавливается пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования, а выходной ток блока 23, он же ток преобразователя

43, суммируется и усиливается в суммирующем усилителе 36 с сигналом преобразователя 35 и датчика 3 1 управляющего воздействия, а также выходной ток блока 23 суммируется в сумматоре 32 регулятора 9 с сигналом от задатчика 25 выходного тока аналогового регулирующего блока

23 и сигналами от блоков 22 и 24. где Т

И при Р— — Р„= 0 или Pg = Р„= 1 (Режим хРанениЯ) Р— логический (релейный) сигнал разрешения интегрирования в обратном направлении.

Блок 22 выделения максимального сигнала и блок 24 выделенич минималь55 ного сигнала представляют собой стандартные бло ки сравнения, которые предназначены дпя выделения наибольшего или наименьшего сигнала лз линейной о

+ . Х(1Д, и и Р = 1, Р = 0 (Режим интегРиРованиЯ

1 М в прямом HBIIpGBJI -нии)

1 (;- Д, и Р = 1 Р = 0 (Режим интегРиРованиЯ в оба Т )

М и, ра тном напр авле нии)

50 Г постоянная времени интегрирования; время интегрирования (время действия разрешающего сигнала) значение У, при t = 0 логический (релейный) сигнал разрешения интегрирования я прямом направлении;

1539356 комбинации входных токовых сигналов, для гальванической развязки цепей всех входных, сравниваемых между собой сигналов, а также входных цепей от выходных. Блок имеет три канала обработки информации, каждый из которых содержит устройство гальванического разделения и сумматор, имеющий несимметричную характеристику и дополнительный логический выход, подключенный к устройству сигнализавид: макс Г макс = (< <) р <2. (ха) 1, при Y = f;(X;) Q1 ==

О, при Y ф f;(x,) 3(x3)7

У >> }}1«(f! (Х «) р fZ(Х2) р f

1, при Y = Г;(х;) а;=

О, при Y ф (х;) для выполнения функций блока 24 выход устройства сигнализации.

Блоки 21 и 23 — стандартные аналоговые регулирующие блоки, которые предназначены для формирования пропорционального (П), пропорционально"дифференциального (ПД), пропорциональноЗО интегрального (ПИ), пропорциональноинтегрально-дифференциального (ПИД) законов регулирования в автоматических регуляторах с регулирующим воздействием в виде электрического сиг35 нала постоянного тока с введением его ограничения. Функциональная зависимость между входным Y (р) и выходными Y(p) сигналами в режиме автоматического управления имеет вид:

Y (p), ПИД вЂ” закон регулирования блока 23 где Х „(р) с}

М,; т

Q1

Y(p) = K1} регулирования для блока 21

Y(p) = Kp коэффициент пропорциональ- 45 ности; постоянная времени дифференцирования; постоянная времени интегрирования; 50 оператор Лапласа; постоянная времени демпфигде К

Т

А

Т ф

Т F рования .

Релейно-импульсный регулятор 9 предназначен для формирования ПИ-закона регулирования. Функциональная зависимость между входным сигналом Yg(p) и положением У(р) выходного органа где i = 1, 2, 3 — номер входного сигнала;

«,(х,«p)) =(«,х,«p) + х„<р)),, 1

««(Х«(Р)) («(Р) + «„

«, (х,(р)) = (хх,(р) - х„(р)), — входные токовые сигналы; постоянные составляющие; — коэффициенты масштабирования входного сигнала; — постоянные времени демпфирования (с); — оператор Лапласа; — логический (релейный) (1 + TAP} +—

1 1

1 + Т Р

Y<(p), П - закон ции. В каждом канале возможно введение и подстройка сигнала смещения любой полярности от внутреннего источника напряжения. В цепях входных сигналов Х <(t) и X (t) включены демпфирующие устройства с регулировкой постоянной времени.

Функциональные зависимости между входными и выходными сигналами имеют р р (х3)j для выполнения функций блока 22 исполнительного механизма (в данном случае положением механизма управления) имеет вид, (р) = I 1 р (1 + ) 1 < p е(Р) 10 О где Kt} = 1р- — р- - коэффициент пропорциональности

V — скорость связи (скорость компенсации обратной связи сигнаi» ла рассогласования);

1539356.

Т вЂ” время необходимое м

У для изменения положения регулирующего устройства (механиз- 5 .ма управления) на

1007;

Т вЂ” постоянная времени и интегрирования;, Т вЂ” постоянная времени

Т д емпфир ов ан ия;

P — оператор Лапласа.

Система работает следующим обраумы„(p) зам.

Система начинает работать при вклю- 5

На графике фиг. 3 это ломанная линия 47-50-51-52. Точка 50 является точкой окончания автоматического на20 гружения ГТУ (от точки 48 до точки

50) и переход к ручному добору максимальной нагрузки (от точки 50 до точки 51). Изменение сигнала Yz от

0 до точки 53 происходит за счет

25 подачи сигнала Р от релейного автомата 8 пуска и нагружения (см. фиг. 2). Изменение У,, от точки 53 до точки 54 происходит за счет воздействия от ключа 18 управления электродвигателем 30 механизма 11 управления, т.е. от ручного воздействия машиниста ГТУ. Нагружение ГТУ происходит по температуре газов за ТВД, поэтому и значение Y „(р) в точке 50 должно соответствовать температуре, 35 при которой автоматическое нагружение прекращается.

Значение Хзо должно соответствовать максимальной температуре газов

40 за ТВД и температуре газов за ТНД.

Выбор с6, и Ы должен определяться точками 50 и 51, причем точка 51 должна находиться как можно блие

1 к точке 52, с тем, чтобы использовать максимальный диапазон изменения Y

Работа интегратора программного задатчика 7 зависит от работы блока

24. Так при достижении Ygl (фиг. 3) значения и точке 55, при отключенном контакте 28, включается второй канал

50 блока 24„и через блок его сигнализации выдает релейный сигнал Р„„через нормально замкнутый контакт 29 (фиг. 2) в схему запуска интегратора в обратном направлении. Но так

55 как интегратор имеет команду Г от релейного автомата 8, изменение прекращается, тем самым интегратору запрещено изменять свой сигнал. При чении релейного автомата 8 пуска и на гружения. Начинается автоматическое вйполнение операций, требуемых на каждом этапе. После выполнения этапов зажигания камер сгорания ТВД и ТНД релейный автомат 8 подает команду в схему управления программного задатчика 7 и включает его в режим интегриI рования в прямом направлении (сигнал

Р на фиг. 2) . Сигнал У<< (фиг. ?) начинает расти с постоянной времени интегрирования Т . Данный сигнал преобразуется в блок 24, после чего явЛяется сигналом задания для регулятора 9 и блока 23. Наличие блока 24 с его функциональными возможностями позволяет автоматизировать процесс формирования сигнала задания в завиСимости от режимов работы ГТУ (см. фиг. 2). Принимая на первый и второй входы сигнал У<1 блок 24 выполняет функцию преобразования выходного сигНала У в зависимости от режима рамин боты ГТУ. Графически указанная зависимость показана на фиг. 3.

Функциональная зависимость имеет следующий вид.

При отключенном контакте 28 (2, Х<(р) + Х o (Р)) 1 - 1

Уммой(р) Хы (р)

Хз,(р) 1де Х

На графике фиг. 3 — это ломанная линия 47-48-49, т. е. значение Yм>H(р) не может превышать значения Х » (р).

Значение Х (р) устанавливается поэтому равным заданию холостого хода

ГУУ для регулятора 9 и блока 23.

Ввиду того, что пуск до холостого хода происходит по программе роста. оборотов TBJI, то Х должно соответстновать оборотам. холостого хода ротора ТВД.

Значение X выбирается равным о оборотам ротора ТВД начала открытия сервомоторов 14 и 17 регулирующих клапанов подачи топлива в камеры сгорания ТВД и ТНД.

При включенном контакте 28 (,x, (>) +

l (X (р) Х (р))

30 (р) 14

1539356

13 включении контакта 28 запрет Р сни- м мается и интегратор снова от командл Рр увеличивает значение У<< до значения в точке 53, после чего команда Ро снимается.

В случае несения максимальной нагрузки ГТУ, когда задание для регулятора 9 и блока 23 определяется, например в точке 51 (фиг. 3), при от- tð ключении контакта 28 (сброс нагрузки), значение У„ д (р) мгновенно уменьшается и определяется в точке 56, т.е. становится равным Хг — холостому ходу ГТУ. Программный задатчик 7 получает команду Рд, что приводит к уменьшению значения Yä до значения в точке 55, когда исчезает команда

Р . Тем самым задание подготовлено к последующему набору нагрузки после включения контакта 28.

Наличие демпфирующего звена во втором канале блока 24 с постоянной времени демпфирования Т позволяет. изменять задание для регулятора 9 25 и блока 23 от ключа 18 управления электродвигателем 30 не ступенчато (с постоянной времени Т> интегратоРа), а с максимальным приближением к той закономерности, с которой изменяется 30 температура газов при воздействии на механизм 11 управления. Посстоянная времени изменения температуры газов при ступенчатом воздействии на механизм 11 управления равняется

15-20 с, откуда и выбирается значение Т = 15:20 с. Это способствует практически безударно переходить с одного режима работы на другой без вмешательства со стороны регулятора 40

9 и блока 23.

Текущий параметр для регулятора

9 и блока 23 определяет блок 22.

На фиг. 4 приведен график изменения регулируемых параметров при пус- 45 ке и нагружении ГТУ, где обозначено:

Т „ — температуры газов за ТВД;

Т „д — температуры газов за ТНД;

П вЂ” оборотов ротора ТВД в зависимости от режима работы ГТУ. Из графика видно, что Т и П изменязс -гбао т д ются монотонно до холостого хода (х.х.) ГТУ, причем при нагружении ГТУ от 0 до 100 МВт обороты ТВД стабилизируются и не превышают 4100 об/мин при 100 МВт. Т а тр.> имеет практически всегда рост. Т „ имеет слоЖный характер изменения при пуске, поэтому она подключается только после окончания автоматического нагружения. При нормировании сигналов, т.е. приведении их к унифицированному постоянному току 0-5 мА, за счет преобразователей 2, 4 и 6 получаем

X < = T a 1-, ° 1 20 (MA)

1 т@д 1200

Х = Т атнд 120 (мА).

Для того, чтобы обеспечить сравнение сигналов на максимальной нагрузке ГТУ (100 МВт) по T> >* и

Т» т„, необходимо, чтобы изменение нагрузки на определенную величину вызвало изменение сигналов Х, и

Х на одинаковую величину, Приращение нагрузки ГТУ на этих режимах соотв етствует одинаковому приращению температур за турбинами,, поэтому коэффициенты усиления 4 и o(этих сигналов в блоке 22 должны быть одинаковыми, т.е. равными "1". Но так как абсолютное значение Т т„ ниже а

Т на. 150 С, необходимо ввести постоянную составляющую по каналу Х».

Функциональная зависимость, реализуемая блоком 22, принимает вид:

f ((х ) =о(,Хф + X(g у „„= fã(хг) -Ы Х2 + Хгоили

f> (хЗ) ЫЗХЗ

Согласно этой зависимости: до холостого хода ГТУ вЂ” Ума„ есть П при 5-10 МВт У „переключается на

Т» р,д . На режиме максимальной Йагрузки У„Адц, зависит от Т с, Т>> и

Т д т н . Зто позволяет осуществить

"безударное" подключение различных, сигналов к регулятору 9 и блока 23 беэ настройки программного задатчика 7. махе, f<(x ) = X<

f,(х ) = Х

fq (x3) = Х

Релейно-импульсный регулятор 9, суммируя на сумматоре 32 сигналы от блока 24, т.е. сигнал задания, и блока 22, т.е. текущего параметра, и в зависимости от их рассогласова- ния с помощью фукнционального преобразователя 33 совместно с тиристорным блоком 10 управления и механизмом 11 управления формирует пропорционально15

1б

1539356 интегральный закон регулярования текущего параметра.

Аналоговый регулирующий блок 23 также суммирует на сумматоре 42 сиг5 налы от блока 22 и блока 24, и в зависимости от их рассогласования с помощью функционального преобразователя 43 преобразует выходной унифицированный токовый сигнал по прапор- 1О ционально-интегрально-дифференциальному закону регулирования.

Наличие интерральной составляющей в передаточной фукнции блока 23 заставляет изменяться с постоянной вре- 15 мени интегрирования Т выходной тои ковый сигнал Y(p) всякий раз, если есть рассогласование У (р) . При Y (p) =

= О, т.е. когда текущее задание равно текущему параметру, выходной ток бло- 2О ка 23 не изменяется.

Для наиболее эффективного регулирования необходимо, чтобы при У< (р)=

= 0 выходной ток У(р) находился на уровне среднего значения его физической реализации, т.е. Y(p) изменяется от О до 5 мА, то это значение должно быть на уровне 2,5 мА. Поэтому введена связь между выходным током блока

23 и сумматором 32 регулятора 9. За- 3< датчик 25, подключенный к входу сумматора 32, определяет заданное значение выходного тока.

Ввиду этого релейно-импульсный регулятор 9 пуска и нагружения выполняет одновременно две функции, т.е. поддерживает заданное значение текущего параметра и заданное значение выходного тока блока 23. Работа происходит следующим образом (см. ц фиг. 5). Воздействие на механизм 11, управления не осуществляется, если выполнено условие для регулятора 9:

У„,„,(р) + У .„(р) + У(р) + У „(р) - о где Y „,(р) — сигнал текущего задания от блока 22;

У„„„ (р) — сигнал текущего задания от блока 24;

Y(p) — выходной тс)к регулятора 23;

У „ (p) — выходной ток эадатчика 25.

Если выполнено только условие, что (р) + Y„„„(p) = О„ т.е. когда теми кс. кущий параметр равен текущему заданию, à Y(p) + Y> > (р) 6 О, т.е. значение выходного тока блока 23 не равно заданному значению, то происходит воздействие на механизм 11 управления от регулятора 9 с целью установления заданного значения выходного тока блока 23, т.е. значение Y(p).

При этом воздействии на механизм 11 управления появляется рассогласование между сигналами Ум „(p) и Ум „(р), так как задание не меняется, а подача топлива изменяется, что приводит к изменению температуры, а следовательно, и текущего параметра. Выходной ток блока 23 начинает изменяться с целью восстановления рассогласования, Так, например, значение выходного тока блока 23 допустим было 3 мА. 3аданное значение его должно быть

2,5 мА. Рассогласование при этом равно нулю. Регулятор 9 воздействует на механизм 11 управления в сторону "прибавить", что ведет к увеличению расхода топлива и к увеличению температуры газов, поэтому выходной ток блока 23 начинает уменьшаться, чтобы снизить температуру. Если он достигнет значения 2,5, то процесс установления заданного значения тока прекращается, если нет, то все повторяется снова. Ввиду того, что при установлении заданного значения выходного тока блока 23 необходимо обязательно рассогласование между теку" щим параметром и текущим заданием, то необходимо выбирать зону нечувствительности регулятора 9 такой, чтобы он не реагировал на это рассогласование.

Значение выходного тока электрического блока 12 регулирования ТНр выражается зависимостью

Хилых (p) = <,< Умар(p) + K Y(p)

1 4,а т (p) э где Х ых(р) — выходной ток блока 12;

K < ° Kz.

К1 коэффициенты пропорциональности для каждого канала блока 12;

Y»p (p) — сигнал управляющего воздействия от механизма 11 управления;

Y(p) — выходной ток аналогового регулирующего блока 23 °

Уд т(р) — сигнал датчика 19 скорости вращения ротора

ТНП.

Согласно этой зависимости от отсутствии рассогласования между текущим параметром и текущим заданием любое изменение выходного тока блока

23 от его заданного значения должно

1539356

18 быть скомпенсировано сигналом от механизма 11 управления.

Выбор коэффициента К для сигнала

Y(p) определяется условиями эффективного и безопасного регулирования при действии реальных возмущающих воздей-, ствиях. Например, для ГТУ ГТ-100 это соответствует 5% общего открытия сервомоторов регулирующих клапанов подачи топлива в камеры сгорания. Напри" мер стопроцентное открытие сервомоторов соответствует значению выходного ,тока блока 12, т.е. Х„ц„ (р), равному

700 мА, откуда значение К рассчитывается иэ условия:

К ° Y(p) = ?00 мА (5%) .

Так как при начале пуска ГТУ задание, т.е. сигнал YÄ„!„ (р) соответствует оборотам ротора ТВД начала открытия сервомоторов 14 и 17 регулирующих клапанов, а текущий параметр отсутствует, то значение Y(p) блока 23 соответствует максимальному его значению,. т.е. 5% открытия сервомоторов. С тем, 25 чтобы обеспечить полное закрытие регулирующих клапанов, необходимо сместить характеристику Х ы„(р) блока 12 от сигнала управляющего воздействия

Yóðð (p) в сторону закрытия сервомото- 30 ров на 5%. (Усилитель 36 блока 12 позволяет это сделать) °

По мере разворота ГТУ текущий параметр Y ÄÄ,(р) догоняет текущее задание У „(р) и, в случае его опережения, сигнал Y(p) начинает уменьшаться и может достичь при большом рассогласовании нулевого значения; Тем самым !! обеспечивается автоматическое притормаживание ротора ТВД при пуске. 40

В этом случае отпадает необходимость сигнала на "убавить" от регулятора 9 на механизм 11 управления при пуске.

После окончания нагружения ГТУ, когда рост задания от блока 24 прекращается, начинается стабилизация текущего параметра блока 22 за счет регулятора 9 и блока 23. Релейный автомат 8 подключает в этом случае воздействие на механизм 11 управленяи регулятора 9 как в сторону при

f! t! бавить", так и в сторону убавить °

Одновременно происходит установление выходного тока блока 23 его задан- ного значения. э5

При появлении возмущения в первую очередь вступает в работу, т.е. начинает изменять вьгсодной ток, аналоговый регулирующий блок 23. Регулятор 9 также вступает в работу, но по степени быстродействия значительно уступает, так как, являясь релейноимпульсным регулятором, он должен накопить достаточное рассогласование, чтобы воздействовать на механизм 11 управления. Блок 23 практически не имеет эоны нечувствительности, поэтому он воздействует практически сразу и непосредственно через блок 12 на сервомоторы 14 и 17.

При малых возмущениях релейно-импульсный регулятор 9 может вообще не воздействовать на механизм 11 управления, а .аналоговый регулирующий блок 23 отрабатывает в любом случае.

Тем самым достигается более точное поддержание заданного значения температуры газов, которое не может быть достигнуто с помощью одного релейно-импульсного регулятора. При больших возмущениях вследствие ограниченного воздействия блока 23 на сервомоторы 14 и 17 релейно-импульсный регулятор 9 выполняет основную функцию по регулированию, Работа ограничителя 21 температуры газов эа ТВД осуществляется следующим образом. Совместная работа (фиг. 6) ограничителя 21 с блоком 15 определяется зависимостью

Хьь! (P) = К (П д Пр!! ) + К Кр е(р) где Х ы< (р) — выходной ток блока 12;

К !, К вЂ” коэффициенты пропорциональности блока 15 по соответствующим каналам;

П вЂ” обороты ротора ТВД; тьд

П а уставка-задание по оборотам ротора ТВД;

У (р) =

Tso ьд — Т „ сигнал рассогласования

yaga!!!!a!! на входе ограничителя

21;

К вЂ” коэффициент пропорциоP нальности блока 15.

Из зависимости видно, что изменение выходного тока блока 15 осуществляется автоматически как при изменении оборотов ротора ТВД так и при изменении температуры газов за ТВД.

Тем самым распределение топлива меж ду камерами сгорания ГТУ осуществляется не как прежде, с помощью изменения уставки-задания по оборотам П !!!, а автоматически при изменении Т, .

19

1539356

Применение данной системы к одновальному агрегату газотурбинной установки позволяет значительно повысить эффективность системы автомати5 ческого управления. Данная система практически реализуется также и на любых паровых одновальных турбинах, которые имеют аналогичные устройства автоматического управления. 10

Данная система обеспечивает более надежный и эффективный пуск ГТУ с достижением предельной мощности, с наилучшими экономическими показателями при значительных изменениях 15 внешних условий.

Формула изобретения

Система автоматического управления газотурбинной установкой, содержащая последовательно соединенные датчик температуры газов за турбиной высокого давления и первый преобразователь, последовательно соединенные датчик скорости вращения ротора турбины высокого давления и второй пре- 25 образователь, последовательно соединенные датчик температуры газов за турбиной низкого давления и третий преобразователь, программный задатчик, релейный автомат пуска и нагружения с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами, последовательно соединенные релейноимпульсный регулятор пуска и нагружения, блок управления, механизм управления, электрический блок регулирования турбины низкого давления, первый электромеханический преобразователь и сервомотор подачи топлива в камеру сгорания турбины низкого давления, последвательно соединенные электрический блок регулирования турбины высокого давления, второй электромеханический преобразователь и сервомотор подачи топлива в камеру сгорания турбины высокого давления, ключ управления и датчик скорости вращения ротора турбины низкого давления, подключещчый к второму входу электрического блока регу50 лирования турбины низкого давления, выход первого электромеханического преобразователя подключен к второму входу сервомотора подачи топлива в камеру сгорания турбины высокого давления, выход датчика скорости вращения ротора турбины высокого давления подключен к первому входу электрического блока регулирования турбины высокого давления, первый выход ключа управления подключен к второму входу блока управления, отличающаяся тем,что, с целью повышения надежности; она дополнительно содержит последовательно соединенные задатчик температуры газов за турбиной высокого давления и ограничитель температуры газов за турбиной высокого давления, последовательно соединенные блок выделения максимального сигнала и аналоговый регулирующий блок, блок выделения минимального сигнала и задатчик выходного тока аналогового регулирующего блока, подключенный к первому входу релейно-импульсного регулятора пуска и нагружения, второй вход которого подключен к выходу аналогоI вого регулирующего блока и третьему входу электрического блока регулирования турбины низкого давления, третий вход — к выходу блока выделения максимального сигнала и первому входу аналогового регулирующего блока, четвертый вход — к выходу блока выделения минимального сигнала, подключенному к второму входу аналогового регулирующего блока, а выход подключен к первому входу блока управления через первый нормально.. разомкнутый контакт релейного автомата пуска и нагружения, выход первого преобразователя подключен к второму входу ограничителя температуры газов за турбиной высокого давления и первому входу блока выделения максимального сигнала, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя, а третий вход через второй нормально разомкнутый контакт релейного автомата пуска и нагружения к выходу третьего преобразователя, выход программного задатчика подключен непосредственно к первому входу и через третий нормально разомкнутый контакт релейного автомата пуска и нагружения — к второму входу блока выделения минимального сигнала, второй выход которого через нормально замкнутый контакт релейного автомата пуска и нагружения подключен к первому входу программного задатчика, второй вход которого подключен к выходу релейного автомата пуска и нагружения, а третий вход — к второму выходу ключа управления, выход ограничителя температуры газов за турбиной высокого давления подключен к второму входу электрического блока

3539356 регулирования турбины высокого давления.

1539356

Фиаб

Составитель В. Колесников

Редактор М. Бандура Техред А.Кравчук

Корректор Т. Палий

Заказ 199 Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

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

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