Система регулирования и защиты паровой турбины

(505 Г 01 О 17/ СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОПИСА К ПАТЕНТУ ИЗОБР(56) Авторское свидетельство СССРМ 574543, кл, Р 01 О 173/22, 1970,Авторское свидетельство СССРМ 2822338, кл, Р 01 О 19/00, 1969.(57) Исполъзаванйе; автоматическое регулирование и защита энергетических паровых Изобретение относится к области автоматического регулирования и защиты энергетйческих паровых турбин.Цель изобретения - повысить надежйость турбины путем перенастройки системы регулирования при рассогласовании электрической нагрузки и мощности, вырабатываемой турбиной с последующим закрытием стопорного клапана в случае отказа системы регулирования.Сущность изобретения: система регулирования и защиты паровой турбины содер жит насос-регулятор, трансформатор давления с золотнйком и пружиной, отсечной золотник и гидравлический сервомотар.Трансформатор давления, отсечной золотник и сервомотор подключен на напор насоса-регулятора и соединены между собой турбин. Сущность изобретения: масло подведено через межпоясковые полости и окно в межпоясковую полость. Пад действием ега давления подвижная букса находится на упоре в буртик цилиндрического отростка золотника и сжимает пружину, Надпоршневая камера окном в дифференциальном отростке поршня соединена с межпоясковой полостью и подпоршневай камерой, Датчик (Д) электрической нагрузки генератора подключен к шинам последнего, О положения и размыкатель кинематически связаны попарно с регулирующим винтом (РВ) и поршнем сервомотора. Сигналы (С) датчиков подведены нв вход сумматора, результирующий С которого подведен напрямую на электромагнит через размыкатель и реле времени - на другой электромагнит, 2 з. и, ф-лы, 1 ил. гидравлической импульсной линией. Система имеет также масляный выключатель с электромагнитом и золотником, подключенным к напору насоса-регулятора и стопорный клапан, привод которого подключен к ф межпоясковой полости золотника масляна- О го выключателя,Новым является та, чта система снабже- ф на сумматором электрических сигналов, даткикои ааактричаскои нагрузки турбины, размыкателем, кинематически связанным со стопарным клапаном, и вторым масляным выключателем, Трансформатор давления снабжен устройством для изменения натяжения пружины трансформатора давления с датчиком положения ега регулиравочнаго винта, содержащим образующий с корпусам трансформатора давления надпоршневую и подпоршневую камеры поршень с дифференциальным отростком, расположенный в расточке поршня и кинематически связанный С регулировочным винтом золотник с цилиндрическим отростком и поршеньками. Поршеньки образуют первую межпоясковую полость, На цилиндрический отросток золотника свободно надет подпружиненный поршенек, образующий Со смежным с ним поршеньком золотника вторую межпоясковую полость, сообщенную с первой межпоясковой полостью отверстием в смежном поршеньке. Подвижный поршенек отделяет также вторую межпоясковую полость золотника от подпоршневойкамеры.Пружина трансформатора давления расположена в подпоршневой камере и имеет возможность контактировать с торцевой поверхностью поршня, Надпоршневая камера устройства снабжена со второй межпоясковой полостью его золотника и с подпоршневой камерой через регулирую-. щие окна в дифференциальном отростке поршня, при этом первая межпоясковая полость золотника устройства через полярное окно в дифференциальном отростке поршня гидравлически соединена с, межпоясковой полостью золотника второго масляного выключателя.Входы сумматора электрических сигналов подключены к выходам датчика положения регулировочного винта и датчика электрической нагрузки турбины. Выход сумматора электрических сигналов подключен к электромагниту второго масляного выключателя напрямую и к электромагниту первого масляного выключателя - через размыкатель.Новым является также то, что между размыкателем и электромагнитом первого масляного выключателя установлено реле времени,Кроме того, новым является то, что напорное окно устройства для изменения натяжения пружины трансформатора давления выполнено так, что при крайнем нижнем положении поршня и регулировочного винта открытая часть окна не превышает величины хода золотника трансформатора давления, необходимого для вывода трансформатором давления остановленной турбины на холостой ход,Схема предлагаемой системы регулирования и защиты паровой турбины изображена на чертеже,Система содержит насос-регулятор 1, выполненный заодно с ротором паровой турбины, трансформатор давления 2, отсечной золотник 3, сервомотор 4, парораспределение 5, первый масляный выключатель 6,второй масляный выключатель 7, стопорныйклапан 8, реле времени 9, датчик 10 электрической нагрузки турбины, сумматор 115 электрических сигналов.Масло высокого давления от насоса-регулятора 1 по линии 12 подведено к камере13 трансформатора давления 2, к дроссельной диафрагме 14 импульсной линии 15, кмежпоясковой полости 16 золотника 17 пер.вого масляного выключателя 6 и к окну 18золотника 19 второго масляного выключателя 7, а также в межпоясковую полость золотника 21 отсечного золотника 3,15 Трансформатор давления 2 содержитзолотник 22, уравновешенный пружиной 23,. и имеет устройство для изменения натяжения пружины 23, содержащее поршень 24 вдифференциальным отростком 25, который20 в сборе с корпусом 26 образует надпоршневую 27 и подпоршневую 28 камеры, в расточке поршня 24 расположен золотник 29 споршеньками 30, 31 и цилиндрическим отростком 32, На цилиндрический отросток 3225.с буртиком свободно надет поршенек 33,подпружиненный пружиной 34, Поршеньки30, 31 и поршенек 33 образуют первую межпоясковую полость 35 и вторую межпоясковую полость 36, соединенные между собой30 отверстием 37 в поршеньке 31, Поршенек 33отделяет вторую межпоясковую полость 36от подпоршневой камеры 28, в которыминадпоршневая камера 27 сообщена черезрегулирующее окно 38. Регулирующий винт35 39 кинематически связан с золотником 29 ипосредством конуса 40 - с датчиком 41 пОложения устройства для изменения натяжения пружины 23 трансформатора давления2. Через регулирующее окно 42 и межпо 40 ясковую полость 43 золотника 22 трансформатора давления 2 импульсная линия 15сообщена с линией 44 всасывания насосарегулятора 1. Импульсная линия 15 подведена также к камере 45 отсечного золотника .45 3 и к щели 46 обратной связи сервомотора4. Золотник 21 подпружинен пружиной 47,торцевая камера 48 отсечного золотника 3,как и подпоршневая камера 28 подключенык линии 44 всасывания насоса-регулятора 1,50 Катай же линии 44 подключены межпоясковые полости 49 и 50 золотника 21 и камера51 сервомотора 4, Поршень 52 рычажнойсистемой 53 соединен с паровпускным клапаном 54 парораспределения 5, Верхняя ра 55 бочая полость 55 и нижняя рабочая полость56 сервомотора 4 каналами 57 и 58 соединены с окнами 59 и 60 отсечного золотника 3,Конечный размыкатель 61 кинематическисвязан с конусом 62 и, тем самым, с поршнем 52 Сервомотора 4. Масляные выключатели 6 и 7 имеют электромагниты 63, 64, 65 лости 16, 20. 75. Из межпоясковой полости и 66. Паровой клапан 67 стопорного клапана 16 масло высокого давления по каналу 72 8 штоком 68 соединен с поршнем 69, под- поступает в камеру 71 и, сжимая пружину пружиненным пружиной 70. Камера 71 ли, удерживает поршень 69 в верхнем полонией 72 сообщена с межпоясковой жении,Приэтомклапан 67 открыт,исвежий полостью 16 золотникв 17 первого масляно пар по трубопроводу 73 поступает через го выключателя 6. Вход стопорного клапана стопорный клапан 8 в парораспределение 5 8 подключен к главному паропроводу 73 и и по каналу 74 - в паровую турбину, Из его выход- к парораспределению 5. Выход межпоясковой полости 75 масло высокого парораспределения каналом 74 сообщен с давления по каналу 77 поступает в межпопаровойтурбиной(начертеженеизображе ясковую полость 78 и через окно 79 - в на). Межпоясковая камера 75 окном 76 и межпоясковую полость 35 и из нее через каналом 77 соединена с кольцевой камерой отверстие 37 в межпоясковую полость 36.78 и из нее через напорное окно 79 с первой Давление масла в межпоясковой полости 36 межпоясковой полостью 35 золотника 29 действует на кольцевую площадь поршень- устройства для изменения натяжения пру ка 33 и, снимая пружину 34, перемещает его жины 23 трансформатора давления 2. Через вдоль цилиндрического отростка 32 до упоокно 18 межпоясковая полость 75 сообщена ра в его буртик. Конус 40 устанавливает пос линией 12 масла высокого давления насо- движную часть датчика 41 положения са-регулятора 1. Датчик 10 электрической регулирующего винта 39 так, что его сигнал нагрузки турбины выполнен по типу ватт 82 равен сигналу 81, пропорциональному метрового элемента и подключен к шинам электрической нагрузке генератора. При 80 ее генератора(на чертеже не изображен). этом результирующий сигнал 83 сумматораСигналы 81 и 82 датчиков 10 и 41 дове равен нулю, Поршень 24 с дифференцидены на вход сумматора 11. Результирую- альным отростком 25 находится в положещий сигнал 83 сумматора 11 напрямую 25 нии, в котором натяжение пружины 23 подведен к электромагниту 65 второго мас- трансформатора давления 2 соответствует ляного выключателя 7 и к входу конечного требующемуся значению. Для увеличения размыкателя 61, кинематически соединен- мощности турбины, включенной в общую ного с сервомотором 4. Линия 84 соединяет .электрическую сеть, необходимо завинтить выход конечного размыкателя 61 с реле 30 на соответствующую величину регулирую- времени 9 и линией 25 - выход реле вре- щий винт 39. При этом золотник 29 и пормени 9-с электромагнитом 63 первого мас- шенек 33 переместятся вниз и сообщат ляного выключателя 6. Линиями 86 и 87 межпоясковую полость 36 через окно 38 с электромагниты 64 и 65 подключены к ис- надпоршневой камерой 27. Под действием точнику электрического тока (на чертеже не 35 масла высокого давления на кольцевую по- изображен). верхность поршня 24 поршень 24 перемеСистема работает следующим образом: . стится вниз так, что поршень 33 перекроет все элементы регулирования и защиты рабочее окно 38 и посредством пружины 23 турбины на чертеже показаны в положении, переместит вниз золотник 22 трансформа- соответствующем установившемуся режи тора давления 2. В результате открытие окмуработытурбины,Турбинавырабатывает, на 42 увеличится, давление масла в и генератор отдает по шинам 80 в злектри- импульсной линии 15 понизится; и золотник ческую сеть некоторую мощность. При этом 21 под действием пружины 47 переместится частотавращения насоса-регулятора 1 иего вниз. Смещение золотника 21 приводит к напор на всех энергетических режимах оп тому, что верхняя полость 55 сервомотора 4 ределяетсячастотой переменноготокавсе-по каналу 57 сообщится через окно 59 с ти. Открытие рабочих окон 42 межпоясковой полостью 20, а его нижняя трансформатора давления 2 и щели обрат- полость 56 по каналу 58 через окно 60 и ной связи 46 сервомотора 4 таково, что . межпоясковую полость 49 соединится с лидавление масла в импульсной линии 15 и в 50 нией всасывания 44 насоса-регулятора 1, камерах 45, 48 равны минимальному значе- Под действием масла высокого давления нию и золотник 21 находится в "среднем" поршень 52 будетперемещатьсявниздотех положении, при котором поршеньки золот- пор, пока уменьшение кольцевого зазора ника 21 перекрывают окна 59 и 60 и отсека- щели 46 обратной связи по положению порют рабочие полости 55 и 56 сервомотора 18 55 шня 52 сервомотора 4 не компенсирует увеот межпоясковых полостей 49, 50 отсечного личение сливной площади окна 42. золотника 3, Конус 62 замыкает концевой происшедшее в результате завинчивания раэмыкатель 61. Масло высокого давления регулирующего винта 39 трансформатора по линии 12 подведено в межкоясковые по- давления 2, При этом рычаг 53 увеличит отдавления в соответствующие камеры и межпоясковые полости.45 Реле времени 9 предназначено для иск 50 55 крытие клапана 54 парораспределения 5 и, соответственно, увеличит электрическую мощность турбины. Пропорционально увеличению мощности, вырабатываемой турбиной, увеличится и величина электрического сигнала 81 датчика 10, однако и конус 40 . даст команду датчику 41 в такой же мере увеличить сигнал 82. Результирующий сигнал 83 сумматора 11 по прежнему остается равным нулю,Раэгружение турбины производится путем вывинчивания регулирующего винта 39, Под действием пружины 24 и давления масла высокого давления золотник 29 будет перемещаться вверх вслед за регулирующим винтом 39, Окно 38 сообщает надпоршневую камеру 27 с подпоршневой камерой 28, в результате чего часть масла из надпоршневой камеры 27 переливается в подпоршневую камеру 28, и поршень 24 переместится вверх в положение, при котором поршенек 33 перекроет окно 38 и отсечет надпоршневую камеру 27 как от межпоясковой полости 36, так и от подпоршневой камеры 28. Поскольку натяжение пружины 23 при перемещении поршня 24 вверх уменьшается, а напор насоса-регулятора 1, на который подключен золотник 22 трансформатора давления 2, сохраняется прежним (частота вращения насоса-регулятора 1 определяется частотой электрического тока в сети), то золотник 22 соответственно сместится вверх и прикроет слив масла из импульсной линии 15 через окно 42 и межпоясковую полость 43 в линию всасывания насоса-регулятора 1. Давление .масла в импульсной линии 15 повышается, золотник 21 и поршень 55 перемещаются вверх. и прикрывают расход пара в турбину . через клапан 54. Мощность, вырабатываемая турбиной, и сигнал 81 уменьшаются, но при этом уменьшается также сигнал 82 датчика 41 и результирующий сигнал 83 сумма. тора 11 сохраняется равным нулю.Рассмотрим работу системы при резком изменении электрической нагрузки турбины, учитывая, что главный интерес представляет резкий сброс нагрузки (наброс нагрузки осуществляется плановым порядком).При резком сбросе электрической нагрузки происходит рассогласование сигналов 81 и 82, и результирующий сигнал 83 поступает на электромагнит 65 второго масляного выключателя 7. Якорь электромагнита 65 перемещает золотник 19 вверх, перекрывает напорное окно 18 и сообщает -межпоясковую полость 75 со сливом, Соответственно межпоясковые полости 78, 35 и 36 сообщаются со сливом масла в маслобак 10 15 20 25 30 35 40 лючения ложного срабатывания первого масляного выключателя 6 в моментпереходного процесса регулирования, когда сервомотор 4 еще не успел переместить клапан 54 в положение холостого хода и йе разомкнул концевбй размыкатель 61. Сумматор 11 может быть оснащен пороговым реле (на чертеже не изображено), назначение которого заключается в том, чтобй результирующий сигнал 83 формировался при величине рассогласования сигналов 81 и 82 не меньше заданного значения, т. е. в конечном счете,для исключения ложных срабатываний системы при незначительных рассогласованиях сигналов 81 и 82,1797671 Повторное нагружение турбины после кировка, исключающая возможность запусброса электрической нагрузки генератора ска турбины при ошибках оператора(запуск и срабатывания второго масляного еыклю- турбины без предварительного выведения чателя 7 необходимо производить лишь по- регулирующего винта 39 в исходное полосле перевода регулирующего винта 39 в 5 жение). Блокировка обеспечивается тем, что напорное окно 79 в дифференциальном отположение, соответствующее полностью закрытому паровпускному клапану 54 пэро- ростке 25 поршня 24 выполнено так; что при распределения 5. Если это не выполнить и взвести второй масляный выключатель 7, то масло высокого давления поступит в межпоясковую полость 36, переместит поршенек 33 по цилиндрическому отростку 32 вниз до упора в его буртик и соединит надпоршне- В результате, если при пуске турбины еую камеру 27 с межпоясковой полостью 36. предварительно не перевести регулировочПоршень 24 переместится вниз в положе ный винт 39 в исходное положение, то зание, которое он занимал до срабатывания масляного выключателя 7. В результате папуск турбины не произойдет, т. к, при этомбудет перекрыто напорное окно 79,ровпускной клапан 54 также займет свое прежнее положение и пропустит в турбину Величина открытия напорного окна 79 прежнее количество пара. Турбина в это время отключена от электрической нагруз и регулировочного винта 39 определяет ки, что приведет к интенсйвному разгону ее тот максимальный возможный ход поршня ротора, которое будет продолжаться до тех 24 вниз при пуске турбины при не установпор, пока система регулирования не переев- ленном в исходное положение регулировочдет паровпускной клапан 54 в положение 25 ного винта 39, Целесообразно выполнить хода турбины или не сработает регулятор открытие напорного окна 79 при верхнем безопасности, псложении гюршня 24 и регулироеочногоТакой неуправляемый пуск опасен, таквинта 39 таким, чтобы при ошибочных дейкак при ртказе систем регулирования и за- ствиях оператора турбина вышла на холощиты.он может привести к аварии, ЗО стой ход. Для обеспечения эгогоупомянутоеВ предложенной нами схеме системы . открытие напорного винта 79.должно быть регулирования и защиты такой режим мо- по величине не более хода, которое совержет быть исключен путем повторной подачи шает золотник 22 трансформатора давления сумматором 11 результирующего сигнала 2 при выводе последним остановленной 83 на второй масляный выключатель 7, по турбины на холостой ход.скольку по-прежнему имеет место рассогласование сигналов 81 и 82. Технико-зкономический эффект от исДля повышения надежности системы пользованияиэобретениязаключаетсяепопредусмотрена также гидравлическая бло- вцшенйи надежности паровой турбины,40 Формула изобретения 1, Система регулирования и защиты паровой турбины, содержащая насос-регулятор, трансформатор давления с золотником и пружиной, отсечной золотник и гидравли. ческий сервомотор, подключенные к напору насоса-регулятора, и стопорный клапан, привод которого подключен к межпояскоеой полости масляного выключателя с электромагнитом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена сумматором электрических сигналов, датчиком электрической нагрузки турбины, размыкателем, кинематически связанным со стопорным клапаном, и вторым масляным выключателем с электромагнитом, трансформатор давления имеет регулирокрайнем положении поршня 24 оно открыто, причем на небольшую величину, лишь 10 при крайнем верхнем положении регулировочного винта 39 (следоеательно, и золотника 29). 20 при крайних. верхних положениях поршня Вочный Винт и снабжен устройством для из менения натяжения пружины трансформатора давления с датчиком положения его регулировочного винта, содержащим образующий с корпусом трансформатора давления надпоршневую и подпоршневую камеры поршень с дифференциальным отростком, имеющим регулирующие окна и напорное окно, расположенный в расточке поршня и кинематически связанный с регулироеочным винтом золотник с цилиндрическимотростком и поршеньками, образующими первую межпоясковую полость, свободно надетый на цилиндрический отросток золотника подпружиненный поршенек, образующий со смежным с ним поршеньком золотника вторую межпояско,фф Составитель 8. благовещенскийактор О. СтенинаТехред М.Моргентэл Корректор М. Демчик аказ 667 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101. вую полость, сообщенную с первой межпоясковой полостью отверстием в смежном поршеньке, отделяющем последнюю от подпоршневой камеры, причем пружина трансформатора давления расположена в подпоршневой камере с возможностьюконтактирования с торцевой поверхностью пораня. надпоршневая камера устройства сообщена с второй межпоясковой полостью его золотника и с подпоршневой камерой через регулирующие окна в дифференциальном отростке поршня, при этом первая межпоясковая полость золотника устройства через напорное окно в дифференциаль. ном отростке поршня гидравлически соединена с межпоясковой полостью золотника второго масляного выключателя, входы сумматора электрических сигналов подключены к выходам датчика пОложения регулировочного винта и датчика электрической нагрузки турбины, э его выход подключен к электромагниту второго масляного выключателя напрямую и к электромагниту первого масляного выключателя - через размыкатель. 2,Система поп.1, отличающаяся тем, что между размыкэтелем и электромагнитом первого масляного выключателя дополнительно установлено реле времени.3, Система.по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю-, щ а я с я тем, чтонэпорноеокноприкрайнем положении поршня и регулировочного винта имеет проходное сечение, не превышающее величины хода золотника трансформатора давления, необходимого для вывода последним остановленной турбины . на холостой ход.