Система автоматического управления газотурбинной установкой с двумя и более турбокомпрессорами

(51)5 Р 02 С 9/28 А ЕТЕНИЯ ли- ра- на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Система автоматического регулирования газотурбинной установки ГТ-750.Энергетическое машиностроение, 1989, М3, с.40 - 42.(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ СДВУМЯ И БОЛЕЕ ТУРБОКОМПРЕССОРАМИ157) Использование: для контроля и регурования двух и более турбокомпрессоров,ботающих на общую нагрузку, например Изобретение относится к области автоматического управления газотурбинной установкой и может быть использовано для контроля и регулирования двух и более турбокомпрессоров, работающих на общую нагрузку, например на нагнетатель природного газа.В настоящее время одной из основных задач, стоящих перед газотурбостроением, является повышение КПД, что может быть достигнуто за счет использования керамических материалов. Однако в связи с тем, что существующие на сегодня керамические материалы не позволяют создать турбокомп рессор большой мощности, то задача обеснагнетатель природного газа. Сущность изобретения; основной контур регулирования состоит из датчика 5 скорости вращения ротора силовой турбины, блока 6 задатчика скорости вращения ротора, блока 7 сравнения, блока 8 формирования регулирующего воздействия, клапана 9 подачи топливного газа на турбокомпрессоры 1, 2 и 3 с сервомотором 10, Дополнительный контур регулирования состоит из установленных на входе каждого турбокомпрессора дополнительных клапанов 11, 12 и 13 подачи топливного газа с сервомоторами 14, 15 и 16, блоков 17, 18 и 19 регулировки и массовых расходомеров 20, 21, 22, 23, 24 и 25 топливного газа и воздуха, сумматоров 26, 27 и 28 по числу компрессоров, дополнительных блоков 29 и 30 сравнения по числу ведомых компрессоров и преобразователя 31. 1 ил,печения необходимой мощности решаетсяпутем параллельного включения несколькихтурбокомпрессоров меньшей мощности, работающих на общую нагрузку. Известны системы автоматического управления газотурбинной установкой, содержащие датчик частоты вращения ротора, блок задатчика скорости вращения, блок сравнения, блок формирования регулирующего воздействия и клапан подачи топливного газа на турбокомпрессор с сервомотором. Получая сигналы от датчика частоты вращения ротора, система автоматического управления подает корректирую5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 щие сигналы на регулирующий клапан линии подвода топлива.Наиболее близкой по техническойсущности является система автоматического управления газотурбинной установкой ГТ-750, предназначенная дляподдержания в заданных пределах частотывращения ротора и выходной мощности турбокомпрессора.Система автоматического управления вэтой установке состоит из датчиков частотывращения, давления, мощности и температурь образующих контуры регулированияпо частоте вращения ротора, помпажу,температуре и мощности с использованиеммикропроцессорной техники,Система обеспечивает комплексное регулирование частоты вращения ротора, выходной мощности, средней температуры дои после турбины и др. параметров, при этомимеется возможность перехода с одногоконтура .регулирования на другой или ихдублирования.Контур регулирования по частоте содержит датчик частоты вращения, блок задания частоты вращения, блок сравнения(суммирования), блок формирования регулирующего воздействия и клапан подачитопливного газа с сервомотором, При этомвыход блока задания скорости вращенияподключен к первому входу блока сравнения:, выход которого подключен к входу блока формирования регулирующеговоздействия, выход которого подключен квходу сервомотора клапана подачи топливного газа на турбокомпрессор.Недостаток этой системы регулирования заключается в том, что при использовании ее в газотурбинной установке снесколькими турбокомпрессорами, работающими на общую нагрузку, не обеспечивается выравнивание выходной мощноститурбокомпрессоров, разброс которой обусловлен различием их конструктивных и технологических характеристик, Кроме того, всилу различного износа турбинных лопатокв процессе эксплуатации турбокомпрессоры теряют свою мощность неодинаково.В результате один из турбокомпрессоров будет иметь большую мощность и егоможно принять "ведущим", другие будутиметь меньшую мощность и их можно принять "ведомыми". Разброс мощностей турбокомпрессоров, работающих на общуюнагрузку, приводит к появлению пульсацийдавления в силовой турбине и вибрационным перегрузкам, что снижает надежностьи ресурс работы газотурбинной установки.Целью изобретения является повышение надежности работы газотурбинной установки за счет выравнивания мощностей турбокомпрессоров путем управления массовым расходом топливного газа в каждом турбокомпрессоре.Эта цель достигается тем, что система автоматического управления газотурбинной установкой с двумя и более турбокомпрессорами, подключенными к одной силовой турбине, дополнительно снабжена установленными на входе каждого турбокомпрессора клапанами подачи топливного газа с сервомоторами, блоками регулировки и массовыми расходомерами топливного газа и воздуха, сумматорами по числу компрессоров, дополнительными блоками сравнения по числу ведомых компрессоров и преобразователем, причем входы каждого сумматора подключены к выходам массовых расходомеров топливного газа и воздуха для каждого компрессора, выход первого сумматора подключен к первым входам дополнительных блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров для ведомых турбокомпрессоров, а их выходы - к входам соответствующих блоков регулировки дополнительных клапанов подачи топливного газа ведомых турбокомпрессоров, датчик частоты вращения ротора силовой турбины подключен к входу преобразователя, выход которого подключен к второму входу блока сравнения.Дополнительно образованный контур регулирования по массовому расходу топлива позволяет поддерживать одинаковую мощность на выходе каждого турбокомпрессора, что уменьшает вероятность появления пульсаций давления и нежелательных вибраций.Небольшое увеличение или уменьшение расхода газа в каком-либо турбокомпрессоре приводит автоматически к существенному изменению расхода воздуха в нем. Усиленный сигнал с расходомера воздуха через блоки суммирования, сравнения и формирования управляющего сигнала воздействует на клапан топливного газа соответствующего турбокомпрессора, уменьшая или увеличивая его выходнуюМОЩНОСТЬ. Таким образом, регулирование расходатопливного газа в каждом турбокомпрессоре относительно ведущего позволяет поддерживать в них одинаковую выходнуюмощность, что исключает вероятность пульсации газа в силовой турбине и появления нежелательных вибраций.Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана функционально-структурная схема системы автоматическогоуправления газотурбинной установкой с двумя и более (в частности тремя) турбокомпрессорами, подключенными к одной силовой турбине,Система управления поддерживает одинаковую выходную мощность в турбокомпрессорах 1, 2 и 3, подключенных параллельно к силовой турбине 4, Она содержит основной контур регулирования по частоте вращения ротора силовой турбины и дополнительный - по массовому расходу топливного газа и воздуха в каждом турбокомпрессоре. Для простоты рассмотрения в ней опущены известные контуры регулирования коэффициента запаса по помпажу, температуре и мощности.Основной контур регулирования состоит из датчика 5 скорости вращения ротора силовой турбины, блока 6 задатчика скорости вращения ротора, блока 7 сравнения, блока 8 формирования регулирующего воздействия, клапана 9 подачи топливного газа на турбокомпрессоры 1, 2 и 3 с сервомотором 10.Дополнительный контур регулирования состоит из установленных на входе каждого турбокомпрессора дополнительных клапанов 11, 12 и 13 подачи топливного газа с сервомоторами 14, 15 и 16, блоков 17, 18 и 19 регулировки и массовых расходомеров 20, 21, 22, 23, 24 и 25 топливного газа и воздуха, сумматоров 26, 27 и 28 по числу компрессоров, дополнительных блоков 29 и 30 сравнения по числу ведомых компрессоров и преобразователя 31, При этом выход блока 6 задатчика скорости вращения подключен к первому входу блока 7 сравнения, выход которого подключен к входу блока 8 формирования регулирующего воздействия, выход которого подключен к входу сервомотора 10 клапана 9 подачи топливного газа на турбокомп рессоры 1, 2 и 3, Входы каждого сумматора 26, 27 и 28 подключены к выходам массовых расходомеров 20 и 23, 21 и 24, 22 и 25 топливного газа и воздуха для каждого турбокомпрессора 1, 2 и 3, выход первого сумматора 26 подключен к первым входам дополнительных блоков 29 и 30 сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров 27 и 28 для ведомых турбокомпрессоров 2 и 3, а их выходы - к входам соответствующих блоков 18 и 19 регулировки дополнительных клапанов 12 и 13 подачи топливного газа ведомых турбокомпрессоров 2 и 3, а датчик 5 частоты вращения ротора силовой турбины подключен к входу преобразователя 31, выход которого35 0 но регулирует подачу топливного газа введомый турбокомпрессор 2. При этом регулирование подачи воздуха происходит ав 50 5 10 15 20 25 30 подключен к второму входу блока 7 сравнения.Предлагаемая система автоматического управления ГТУ может быть реализована с использованием дополнительного контура, состоящего из массовых расходомеров, например Кариолисова типа, установленных на всасывающем патрубке и магистрали топливного газа турбокомпрессора, а также блоков суммирования, сравнения и управления, выполненных на базе микропроцессорной техники, Такая система позволяет осуществить управление ГТУ с высокой точностью и быстродействием,Система управления ГТУ с несколькими параллельно включенными турбокомпрессорами работает следующим образом.В установившемся режиме при изменении нагрузки и соответственно сигнала, поступающего с датчика 5 скорости вращения ротора силовой турбины 4, блок 7 сравнения вырабатывает сигнал, пропорциональный разности сигналов заданной и фактической скорости вращения ротора, Этот сигнал поступает на вход блока 8, который формирует регулирующее воздействие на клапан 9 с сервомотором 10, что вызывает изменение режима работы турбокомпрессоров 1, 2 и 3 в соответствии с величиной и знаком сигнала рассогласования в блоке 7,В случае падения мощности в одном из турбокомпрессоров, например 2, в блоке 29 сравнения вырабатывается сигнал, пропорциональный разности сигналов с выхода блоков 26 и 27, подключенных к массовым расходомерам топливного газа и воздуха. Этот сигнал поступает на вход блока 18 управления дополнительным клапаном 12 с сервомотором 15, который дополнительтоматически самим турбо ком и рессором. Клапан 12 перемещается в зависимости от знака и величины сигнала рассогласования до тех пор, пока в результате изменения режима работы ведомого турбокомпрессора значение расхода в нем топливного газа и воздуха, а следовательно, и сигнала рассогласования, поступающего из блока сравнения 29, не станет меньше порога чувствительности блока 18 управления приводом клапана 12, регулирующего подачу топливного газа в ведомый турбокомпрессор 2.Аналогичным образом происходит регулирование остальных турбокомпрессоров. Использование заявляемого технического решения в народном хозяйстве страны, в сравнении с прототипом, позволяетповысить надежность и ресурс работы газо- турбинной установки, так как обеспечивается автоматическое регулирование выходной мощности турбокомпрессоров на заданный одинаковый уровень, При этом исключаются пульсации давления в силовой турбине и устраняется возможность появления нежелательных вибраций. Наличие контура регулирования массового расхода топливного газа и воздуха в каждом турбокомпрессоре обеспечивает оптимальный режим работы ГТУ в целом.Предполагаемый экономический эффект от внедрения системы автоматического регулирования будет рассчитан на стадии внедрения, исходя из планируемых объемов производства и реализации ГТУ с керамическими элементами. Формула изобретения Система автоматического управления газотурбинной установкой с двумя и более турбокомпрессорами, подключенными к силовой турбине, один из которых является ведущим, а остальные - ведомыми, содержащая датчик частоты вращения ротора силовой турбины, блок задатчика скорости вращения, блок сравнения, блок формирования регулирующего воздействия, клапан подачи топливного газа на турбокомпрессоры с сервомотором, выход блока задатчика скорости вращения подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к входу блока формирования регулирующего воздействия, выход которого 5 подключен к входу сервомотора клапанаподачи топливного газа на турбокомпрессоры, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит установленные на входе каж дого турбокомпрессора дополнительныеклапаны подачи топливного газа с сервомоторами и блоками регулировки и массовые расходомеры топливного газа и воздуха, сумматоры по числу компрессоров, допол нительные блоки сравнения по числу ведомых компрессоров и преобразователь, входы каждого сумматора подключены к выходам массовых расходомеров топливного газа и воздуха для каждого турбокомпрессо ра, выход первого сумматора подключен кпервым входам дополнительных блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров для ведомых турбокомпрессоров, а их 25 выходы - к входам соответствующих блоковрегулировки дополнительных клапанов подачи топливного газа ведомых турбокомпрессоров, датчик частоты вращения ротора силовой турбины подключен к входу преоб разователя, выход которого подключен квторому входу блока сравнения.1765477 Составитель В. КолесниковТехред М,Моргентал Корректор И. Шул дакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аз 3368 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5