Способ управления газотурбинной электростанцией

Авторы патента:

F02C9/28 - системы регулирования, чувствительные к параметрам установки и окружающей среды, например к температуре, давлению, скорости ротора (F02C 9/30- F02C 9/38,F02C 9/44 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2457347:

Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГАЗ-СИСТЕМА-СЕРВИС" (RU)

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС). Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно при получении команды на включение высоковольтного выключателя увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и увеличивают расход топлива под управлением автомата приемистости до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%, после этого выдают команду на привод высоковольтного выключателя и через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода, уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100%, и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива. Технический результат изобретения - повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества работы САУ ГТУ. 1 ил.

Известен способ ручного управления ГТЭС, Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем., Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность. Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТЭС, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, Шевяков А.А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985 г., с. 111-113.

Недостатком известного способа управления ГТЭС является следующее. Включение любой электростанции, в том числе газотурбинной со свободной турбиной, на автономную нагрузку выполняется подачей команды на привод высоковольтного выключателя генератора. Для газотурбинной электростанции со свободной турбиной такое включение, уже при наличии нагрузки величиной 10% от номинальной, приводит к глубоким провалам частоты вращения свободной турбины и, следовательно, частоты напряжения генератора. Причина этого состоит в том, что турбокомпрессор, подающий газовый поток на свободную турбину, на режиме холостого хода не может сразу увеличить его до нужной величины. Это снижает надежность работы ГТУ и ГТЭС в целом. Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ, обеспечивающего уменьшение провалов частоты генерируемого напряжения при включении газотурбинной электростанции со свободной турбины на автономную нагрузку.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинной электростанцией, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, дополнительно при получении команды на включение высоковольтного выключателя увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и увеличивают расход топлива под управлением автомата приемистости до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%, после этого выдают команду на привод высоковольтного выключателя и через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода, уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100% и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива.

На чертеже приведена схема устройства для реализации данного способа.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 управления дозатором (БУШДГ), дозатор 4, причем дозатор 4 подключен к БД 1, пульт 5 оператора (ПУ), подключенный к БУД 2.

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 5 задает режим работы ГТУ: запуск, номинал, максимальный и т.д.

Команда оператора от ПУ 5 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2.

БУД 2 представляет собой специализированную ПЭВМ с устройствами ввода/вывода и вычислителем, в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) которого записано специальное программное обеспечение (СПО), реализующее алгоритмы управления ГТУ.

БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 5 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шевяков А.А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985 г., с.36-38) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ.

Практически на всех рабочих режимах работы ГТУ в БУД 2 работает регулятор частоты п ст вращения силовой турбины (контур управления п ст). С помощью БД 1 измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное (100%) и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины формируют потребный расход топлива в КС.

По расходной характеристике дозатора 4, которая записывается в энергонезависимую память вычислителя БУД 2 в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют заданное положение дозатора 4, сравнивают его с измеренным в БД 1 положением дозатора, по величине рассогласования формируют управляющее воздействие и выдают его в БУШДГ 3.

БУШДГ 3 является по своей сути электро-механическим преобразователем, выполненным, например, в виде шагового двигателя.

В зависимости от величины управляющего воздействия, полученного от БУД 2, БУШДГ 3 изменяет положение дозатора 4, а соответственно, и расход топлива в КС ГТУ.

Дополнительно в БУД 2 рассчитывают и контролируют приведенную частоту вращения турбокомпрессора, а также фиксируют команды, получаемые от оператора ГТЭС через ПУ 5.

При получении в БУД 2 команды от ПУ 5 на включение высоковольтного выключателя (ВВ, на чертеже не показан) увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и изменяют расход топлива по программе приемистости, например

где

nтк - частота вращения турбокомпрессора;

nтк пр. - приведенная частота вращения турбокомпрессора.

Расход топлива изменяют по команде БУД 2 с помощью БУШДГ 3 и дозатора 4 до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%.

После этого из БУД 2 выдают команду на привод ВВ (включить ВВ). Включение нагрузки (ВВ) останавливает рост частоты вращения свободной турбины, и так как мощность газового потока увеличилась, то снижения частоты вращения свободной турбины с глубоким провалом ниже номинального значения не происходит.

Через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода (в зависимости от конкретного привода это время может меняться в диапазоне от 1,5 до 2,5 с), уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100%, и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива.

Таким образом, за счет повышения качества управления ГТУ обеспечивается уменьшение провалов частоты генерируемого напряжения при включении газотурбинной электростанции со свободной турбины на автономную нагрузку, а следовательно, надежность работы ГТЭС.

Способ управления газотурбинной электростанцией (ГТЭС), заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) газотурбинной установки (ГТУ), отличающийся тем, что дополнительно при получении команды на включение высоковольтного выключателя увеличивают заданное значение частоты вращения свободной турбины до 105% и увеличивают расход топлива под управлением автомата приемистости до тех пор, пока измеренное значение частоты вращения свободной турбины не достигнет 105%, после этого выдают команду на привод высоковольтного выключателя и через наперед заданное время, достаточное для срабатывания привода, уменьшают расход топлива до тех пор, пока измеренная частота вращения свободной турбины не снизится обратно до 100% и далее поддерживают эту частоту вращения соответствующим изменением расхода топлива.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя // 2446300

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой двухконтурных ГТД летательных аппаратов за счет регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД.

Способ управления многомерным объектом // 2446299

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) сложных объектов, например газотурбинных двигателей (ГТД), в которых для регулирования нескольких параметров используется одно управляющее воздействие.

Система автоматического управления газотурбинного двигателя // 2446298

Изобретение относится к области систем автоматического управления (САУ) газотурбинного двигателя (ГТД). .

Способ восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя // 2445483

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД), и может быть использовано для повышения эффективности управления ГТД.

Устройство и способ регулирования температуры выхлопа газовой турбины // 2444640

Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин // 2443885

Способ управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя // 2438031

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения. .

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания // 2432478

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ТРДФ) с форсажной камерой сгорания (ФКС).

Система автоматического управления частотой вращения ротора газотурбинного двигателя // 2418964

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) переходными режимами газотурбинных двигателей (ГТД). .

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания и система для его осуществления // 2466287

Способ запуска авиационного газотурбинного двигателя // 2472958

Изобретение относится к авиации

Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя // 2484274

Изобретение относится к области эксплуатации газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях в системе магистральных газопроводов и может использоваться в системах автоматического управления газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА)

Способ управления положением направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя // 2488009

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для управления авиационными газотурбинными двигателями

Способ отладки газотурбинного двигателя после восстановительного ремонта при стендовых испытаниях // 2493391

Изобретение относится к области стендовых испытаний двухкаскадных газотурбинных двигателей, в частности к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта, и предназначено для обеспечения запасов устойчивой работы компрессора высокого давления КВД и тяги (мощности) двигателя в процессе эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта. При стендовых испытаниях двухкаскадных газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части отладку скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом. В случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска отладку параметров производят на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе их эксплуатационного допуска.

Устройство контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя // 2495265

Устройство и способ контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя путем выявления открытия клапана нагнетания и отсечки, установленного на выходе клапана регулирования расхода топлива, путем измерения скорости вращения газотурбинного двигателя, соответствующей открытию клапана нагнетания и отсечки, и путем последующего отслеживания изменения величины этой скорости вращения для того, чтобы предложить замену насоса высокого давления, когда измеренная величина этой скорости вращения достигает заданного порога. Технический результат изобретений - создание простого эффективного и экономически выгодного решения по контролю насоса высокого давления. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система теплообменника, контур циркуляции топлива турбомашины и турбомашина // 2498099

Изобретение относится к области теплотехники. Система теплообменника, через которую протекает жидкость, содержащая теплообменник с входом и выходом для жидкости, перепускной клапан с входом и выходом для жидкости и самоочищающийся фильтр с входом и двумя выходами для жидкости, один из которых является выходом для отфильтрованной жидкости, а второй - для неотфильтрованной жидкости, причем выход для отфильтрованной жидкости соединен с входом теплообменника, а выход для неотфильтрованной жидкости соединен с входом клапана; при этом выход теплообменника подсоединен ниже по потоку относительно выхода клапана. Технический результат - исключение засорения теплообменника. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для газотурбинной электростанции // 2501965

Регулятор газотурбинной установки и способ ее регулирования // 2550292

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки в переходном режиме, при котором регулятор определяет значения управляющей команды для массового расхода входящего воздуха, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара, если вода и пар используются, причем по меньшей мере, одно командное значение динамически компенсируют, чтобы компенсировать различную динамику систем подачи с целью синхронизации результирующих изменений массовых расходов топлива, воды, пара и воздуха горения, которые поступают в камеру сгорания, таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси оставался в пределах границы воспламенения. Также представлены система регулирования, предназначенная для осуществления предлагаемого способа, а также газотурбинная установка, содержащая такую систему регулирования. Изобретение позволяет обеспечить быстрое функционирование в переходном режиме со стабильным пламенем предварительно перемешанной смеси. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания // 2555784

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС) при их эксплуатации на учебных режимах для обеспечения надежного розжига топлива при включении форсажа с пониженных режимов непрогретого двигателя (ниже режима «Максимал»). По сигналу включения устройства розжига форсажной камеры увеличивают значение внутридвигательного параметра, по которому регулируют расход топлива в основную камеру сгорания на заранее выбранную величину, а после розжига пламени в форсажной камере уменьшают расход топлива в основную камеру сгорания на эту же величину. 1 ил.