Устройство для контроля теплового состояния ротора турбины

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 2047 09) 9 02 д 4 а 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСНОМУ СВ У ЕЛЬ выход а дополни умножиэтогое вхо и входом его элемента памят тельно соедине м дополнит оторого св ль л ыходключа мматора, одом пе ног с целью повышее е ля элемен тем зан с ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(71) Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. С.М.Кирова(56) Авторское свидетельство СССРУ 905501, кл. Г 01 0 19/02, 1980,Авторское свидетельство СССР9 1048131, кл. Г 01 0 19/02 1982(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РОТОРА ТУРБИНЫ,содержащее блок формирования входного сигнала, к входам которого под.ключены датчик температуры паравблизи характерной точки ротора идатчик режима работы, а к выходам -входы блока определения температурыобогреваемой поверхности ротора,включающего входной сумматор, подключенный своим выходом через делитель к элементу памяти, снабженному переключателем, по меньшеи мере два блока определения характерной температуры ротора, каждый из которых имеет элемент памяти с переключателем и сумматор подключен выходами к входам блока определения температуры обогреваемой поверхности и к входам выходных сумматоров, а входами - к выходу блока определения температуры обогреваемой поверхности, и генератор тактовых импульсов, подсоединенный ко всем переключатеям элементов памяти, о т ли ч а юния точности контроля, устройствоснабжено блоком формирования сигналапо начальной температуре ротора,в блок определения температуры обогреваемой поверхности введены линей-ный преобразователь, умножитель идва дополнительных сумматора, ав каждый из блоков определения характерной температуры ротора введеныпо одному умножителю, два функциональных преобразователя, два дополнительных сумматора и один дополнительный элемент памяти с переключателем, причем в блоке определениятемпературы обогреваемой поверхнос- дти первый дополнительный сумматорподключен входами к выходам линейно"го преобразователя и блока формирования входного сигнала, а выходам -к входу делителя, умножитель и второй дополнительный сумматор подключены последовательно к выходу элемен- ффта памяти этого блока, линейный Мпреобразователь связан входом с выходом элемента памяти, а выходом - фс входом умножителя, в каждом из 4блоков определения характерной темпе рратуры ротора умножитель, два дополнительных сумматора и один функциональный преобразователь подключеныпоследовательно к выходу сумматораэтого блока, другой функциональныйпреобразователь и дополнительный элемент памяти с переключателем включены последовательно между выходом блопамяти этого блока, а выход блокаформирования сигнала по начальнойтемпературе ротора подсоединен к вхо 1204750дам блоков определения температурыобогреваемой поверхности и характерной температуры.Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано приавтоматизации управления режимами работы паровых турбин, например, припусках,Цель изобретения - повышение точности контроля,На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - схема блока опреде.ления температуры обогреваемой поверхности; на фиг. 3 - схема блокаопределения характерных температурротора.Устройство (фиг. 1) содержит датчик 1 температуры пара вблизи характерной точки ротора. турбины, датчик 2режима работы турбины, подключенныек входам блока 3 формирования входного сигнала, состоящего из функционального (линейного) преобразователя 4 и умножителя 5, Первый входумножителя 5 соединен с датчиком 1температуры пара, второй вход умножи.теля 5 соединен с выходом функционального преобразователя 4, вход которого через вход блока 3 соединенс датчиком 2 режима работы. В качест.ве датчика 2 режима работы турбиныиспользуется как правило датчик давления пара в характерной точке проточной части, В качестве такого датчика могут использоваться также датчик частоты вращения, датчик мощности турбины или датчик расхода парачерез турбину.Устройство содержит также блок 6определения температуры обогреваемойповерхности ротора, два одинаковыхблока 7 и 8 определения характернойтемпературы ротора, два выходных сумматора 9 и 10, генератор 11 тактовыхимпульсов, блок 12 формирования сиг 1нала по начальной температуре ротора, содержащий датчик 13 температурыметалла статора, управляемый концевым выключателем 14, размыкатель 15стопорного клапана, элемент 16 памяти и функциональный преобразователь 17, Размыкатель 15 установленв цепи связи датчика 13 с элементом 16 памяти, выход которого черезфункциональный (нелинейный) преобра эователь 17 подключен к выходу блока 12. В качестве функциональногопреобразователя 17 может быть исполь.зован умножитель, оба входа которогосоединены с выходом элемента 16 па О мяти.Вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности роторасоединен с одним из выходов блока 3формирования входного сигнала, дру гой выход которого подключен ко входу блока 6 определения температурыобогреваемой поверхности. К входублока 6 подключены также выход блока 7 определения первой характерной 20 температуры ротора и выход блока 8определения второй характернсй температуры ротора. Вход блока 6 соединентакже с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре 2 ротора и с выходом генератора 11 так.товых импульсовСоединения входов блоков 7 и 8определения характерных температурротора с другими блоками и элемента ми устройства выполнены идентично.Входы обоих блоков 7 и 8 соединеныс выходом блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности рото.ра, Вход блока 7 8) соединен такжес выходом блока 8 (7) и подключен 5к выходу блока 12 формирования сигнала по начальной температуре ротораи к выходу генератора 11 тактовыхимпульсов. Выходы блока 7 (8) подклюАо чены к входам блока 6 определениятемпературы обогреваемой поверхностиВыход блока 7 определения первойхарактерной температуры ротора подключен к входу первого выходного 4 сумматора 9 вместе с выходом блока 6апределения температуры обогреваемой поверхности ротора, и к входувторого выходного сумматора 10 вмес 1204750 4те с выходом блока 8 определения второй характерной температуры ротора. Выходы сумматоров 9 и 10 и выход блока 7 подключены к показывающим приборам 18, 19, 20 и могут использоваться в системе автоматического регулирования турбины.Блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора (фиг. 2) состоит из входного сумматора 21, входы которого соединены с входами блока 6 и выход которого подключен к первому входу делителя 22, к второму входу которого подключен выход первого дополнительного сумматора 23, выход делителя 22 соединен через вход блока 6 с генераторам тактовых импульсов 11. Выход элемента 24 памяти подключен параллельна к вхсду;инейиога преобразователя 26 и к первому входу умнажителя 27, второй вход катарага соединен с выходом линейного преабразо. вателя 26. Выход преобразователя 26 подключен также к входу первого даполнительнога сумматора 23, соединенного также своим входом с входом блока 6 определения температуры обогреваемой паве.рхнасти, а выходам с входом делителя 22. Выход линейнога преобразователя 26 подключен к первому входу второго дополнительного сумматора 28, второй вход которого через вход блока 6 соединен с блоком 12 формирования сигнала па начальной температуре. Выход сумматора 28 подключен к первому выходу блока 6, второй выход блока 6 соединен с выходом делителя 22.Каждый из блоков 7 и 8 определения характерных температур ротора (фиг. 3) включает элемент 29 памяти с переключателем 30 на входе, соединенным через вход блока 7 (8) с генератором 11 тактовых импульсов, дополнительные сумматоры 31, 32 и 33 Функциональный (нелинейный) преобразователь 34 и функциональный (линейный) преобразователь 35, дапа:- тельный элемент 36 памяти с переключателем 37 на входе и умножитель 38. Выход элемента 29 памяти подключен параллельно к выходу блока 7 (8), к входу сумматора 32 и сумматора 31, входы которого соединены соответственна с входами блока 7 (8), а выход которого через умножитель 38 подключен к входу сумматора 32.Выход сумматора 32 подключен парал 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лельно к выходу блока 7 (8), к входу элемента 29 памяти через переключатель 30 и к входу сумматора 33,соединенному также через вход блока 7 (8) с выходом блока 12 формирования сигнала по начальной температуре, а выход подключен к входуфункционального (нелинейного) преобразователя 34, параллельно соединеннога выходом с выходом блока 7 (8)и через функциональный (линейный)преобразователь 35 и переключатель 37 - с элементом 36 памяти. Выход элемента 36 памяти подключенк входу умнажителя 38,Устройство работает следующимобразом.1 а выходе датчика 1 температурыпара вблизи характерной точки ротора вырабатывается сигнал, пропорциональный температуре г. (") пара вблиИзи характерной точки ротора в настоя.щий момент врелени ,. На выходе датчика 2 режима работы формируетсясигнал, пропорциональный расходуС пара через проточную частьтурбины. При наличии в схеме аналогоцифровых преобразователей сигналы отдат .ика 1 температуры пара и от датчика 2 режима работы турбины поступают на входы блока 3 Формированиявходного сигнала в цифровом виде,в противном случае - в аналоговомвиде.В качестве функционального преобразователя 4 используют линейный пре.абразаватель, на его выходе формируется сигнал, пропорциональный критерию Биа В.(Г)=К +К Г(7) в данныйомомент времени где К и К - постоУ оянные величины, определяемые по результатам расчеты данной турбины напеременные режимы.Сигнал с первого выхода функционального преобразователя 4 поступаетна вход умножителя 5, где перемножается с сигналом, пропорциональнымтемпературе г.(2) пара. Полученныйсигнал . . Вз. через выход блоика 3 Формирования входного сигналапоступает на вход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. На вход этого же блока 6 поступает сигнал по величинеВ. с выхода блока 3. На выходедатчика 13 температуры металла статора вырабатывается сигнал, пропорциональньп температуре С, металластатора турбины в данный момент вре 5 12047 мани, Датчик 13 устанавливают таким образом, чтобы при отсутствии расхода пара через турбину измеряемая им температура и температура металла ротора в контролируемом сечении были оы близки, Отсутствие расхода пара определяется закрытым стапорным кла-, паном (не показан), при этом концевой выключатель 14 замкнут, и формируемый им сигнал, управляющий размыкателем 15, обеспечивает перевод последнего в полажение "1", при котором цепь подключения датчика 13 к элементу 16 памяти замкнута и элемент 16 памяти отслеживает сигнал5 по гемпературеметалла статора. В качестве элемента 6 памяти может быть использован интегратор с малой постоянной времени интегрирования. При открытии стапорнога клапана и по- .даче пара в турбину концевой выключатель 14 размыкается, что приводит к переводу размыкателя 15 в положение 0", при котором цепь, соединяющая датчик 13 и элемент 16 памяти, разорвана. Элемент 16 памяти запоми-, нает значение температуры (.) ме- . талла статора в момент начала подачи г.ара в турбину, которое при дальней ней работе устройства принимается30 за начальное значение Гн температуры металла ротора. Сигнал попоступает на вход функционального (нелипейного) преобразователя 17, который реализует зависимость Т= =:(1-0,5 К:), где К - постоянная величина, характеризующая изменение коэффициента теплопровадностиметалла ротора при изменении его температуры, Величину Т называют модельной температурой. Таким образом,40 на выходе функционального преобразователя 17 формируется сигнал по величине Т=:(1-0,5 К) начальной модельной температуры ротора, который поступает на вход блока 6 опре 45 деления температуры обогреваемойповерхности и на вход каждого издвух блоков 7 и 8 определения характерной температур.Генератор 11 тактовых импульсов через каждый интервал времени производит кратковременное включение переключателей 25, 30, 37 в блоках 6, 7, 8. В результате этого на одном выходе блока 6 формируется сиг нал по относительной модельной температуре 6 (7-ь) обогреваемой поверхности ротора, а на втором вы 50 Ьходе этого же блока формируется сигнал но фактической температуре(7) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени.На выходах блока 7 определения первой характерной температуры формируются сигналы по величинам относительной модельной среднепнтегральной температуры 9(Г) и 6 (с-д 2) соответственно и сигнал по фактической величине среднеинтегральной температуры 1(с,) ротора в данный момент времени,На выходах блока 8 определения второй характерной температуры фармируются сигналы по величинам относительной модельной температуры поверхности осевой расточки ротора 9и 9 (С-Р) соответственно и сигнал по фактической величине температуры С (7) осевой расточкиГв данный момент времени,Нри этом блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. работает следующим образом, На входы входного сумматора 21 с входа блока 6 поступают следующие сигналы: сигнал г.(2) В(ь), сигналы по величинам О (".) и 0и сигнал по величине начальной модельной температуры Тн ротора. На выходе входного сумматора 21 формируется сигнал по сумме) В 1( )+Н Т Н Йр НО(О) где Н Н , Н - постоянные коэффициенты.Далее этот сигнал поступает на вход делителя 22, где производится его деление на величину сигнала 8 (3) поступающего с выхода дополнительного сумматора 23. На выходе делителя 22 вырабатывается при этом сигнал пропорциональный температуре Г (.) обогреваемой поверхности ротора в данный момент времени с, поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхости. Так как срабатывание переключателя 25, управляемого генератором 11 тактовых импульсов, происходит через интервал времени ь 2 , то в элементе памяти 24 в момент с срабатывания переключателя 25 находится величина о, (С- ь) температуры обогреваемой поверхности в момент времени о - Ьс, соответствующий предыдущему срабатыванию переключателя 25, Сигнал па этой величине поступает в линейный преобразователь 26, на выходе12которого формируется сигнал по величине 1-0,5 КТ, (с- дс), перемножение которого в умножителе 27 с сигналом по величине Т (с в дс) обеспечивает06формирование на выходе последнего сигнала по величине модельной температуры Т (" - дс) обогреваемой поверхРБности ротора в момент времени с -дс. В дополнительном сумматоре 28 из сигнала по величине Т (с -дс) вычитаетРБся сигнал по величине начальной модельной температуры ТБ, и на его выходе формируется сигнал по относитель ной модельной температуре 6 (с - дс,) обогреваемой поверхности ротора в момент времени с -дс, поступающий на выход блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности ротора. Сигнал пе величине 1-С 5 К г Ы - дч 125 Э ОБ с выхода преобразователя 26 поступает также на вход дополнительного сумматора 23, на выходе которого получают сигнал по величине Я(с)=В(с)+ +Н 1-0,5 К с (" -д")1Блок 7 определения первой характерной температуры работает следующим образом. На вход элемента 29 памяти при включенном переключателе 30 поступает сигнал, пропорциональный относительной модельной среднеинтегральной темпера:туре 8 (0) в настоящий момент времени с . Генератор тактовых импульсов через каждый интервал времени д производит кратковременное включение переключателя 30. В результате на вход сумматора 31 от элемента 29 памяти поступает сигнал по температуре 9(ь-д). Одновременно на вход сумматора 31 через вход блока 7 поступает сигнал по относительной модельной температуре с 2 (С -дЗ) обогреваемой поверхности с выхода блока 6 определения температуры обогреваемой поверхности, а на вход сумматора 31 через вход блока 7 определения первой характерной температуры поступает сигнал по относительной модельной температуре ск (с -дс) осевойРрасточки ротора. Сигнал, пропорциональный сумме перечисленных температур с весовыми коэффициентами, в умножителе 38 перемножается с сиг. - налом по величине температуропроводности а(ь 1, - дс), металла ротора, зависящей от среднеинтегральной температуры (с -д 1.) ротора в момент времени С - дс. Сумма получаемого на выходе умножителя 38 сигнала с сигналом по величине модельной относитель 04750 8НОй тЕМПЕРатУРЫ 0 (С -ДС)в КОТОРУЮформирует сумматор 32, представляетсобой сигнал по относительной модельной температуре 8 (С) в настоящиймомент времени ., При этом используется следующая зависимость91 ла(-де)С,В(.-д С 1+ С 28 (""Б ("11 "(")10 где С , С, СБ - постоянные для данного ротора коэффициенты,Сигнал по величине с 2(Р) поступаетна выход блока 7 определения первойхарактерной температуры и на одиниз входов сумматора 33, на другойвход которого через вход блока 7 поступает сигнал по начальной модельной температуре Т ротора. На выхо 20 де сумматора 33 получают сигнал помодельной среднеинтегральной температуре ротора Т(с) в настоящий моментвремени с, Функциональный (нелинейный) преобразователь 34 реализуетследуюц 1 ую зависимость- 1 Га 1".=к 1-.-2 к,йч),в результате чего на его выходе получают сигнал по величине среднеЗ 0 интегральной температуры (с) ротора в настоящий момент времени. Этотсигнал поступает на выход блока 7и на функциональный преобразователь 35, который формирует сигнал З 5 по величине температуропроводностиметаллаа(гс,) =а 1-КС(ь),где а - температуропроводностьРметалла ротора при нулевой 40 температуре;К - постоянный коэффициент, характеризующий изменение температуропроводности металла ротора в зависимости от 4 температуры.1В настоящий момент времени св элементе 36 памяти хранится значение температуропроводности а(- дс),определенное по величине среднеинте гральной температуры 7(6-Ь) в предпествующий момент Ь-Р 1,При срабатывании переключателя 37 происходит замена значенийтемпературопроводности.Блок 8 определения второй харак терной температуры ротора - температуры осевой расточки Т (к,) работаРет аналогично. При этом реализуетсязависимость1 0 р(4-.ар(. -ь ЯЬ,8 р(ь.ьь Ь,в("-ь) - +Ь 6, ( .ц ф 9 (с Ь) Ь Ь , Ь - постоянные коэффициенты,При этом один функциональный пре-. образователь формирует сигнал по величине температуры осевой расточкиг)к 9-.йк 1; (я)з, а другой функциональнйй преобразователь формирует сигнал по величине температуропроводности металла, соот ветствующей температуре осевой расточки ротора,а (С) а 1-Кдс (с),Для повышения точности определения температурного состояния ротора число блоков определения характерных температур может быть увеличено. При204750 10 этом структура этих блоков остается аналогичной структуре блоков 7 (8), увеличивается только число входов сумматора 31, которое равно числу блоков определения характерных температур плюс один вход. Аналогичные изменения вносятся в блок 6 определения температуры обогреваемой поверхности: число входов входного суммато ра 21 всегда равно числу блоков определения характерной температуры плюс два входа.Выходные сумматоры 10 и 9 формируют сигналы, пропорциональные напряжениям бо и б,ь на поверхности осевой расточки ротора и на обогреваемой поверхности ротора соответ ственно. Эти сигналы поступают на.показывающие приборы 18 и 19.1204750Составитель А,КалашниковРедактор М.Товтин Техред Т.Тулик Корректор М.ДемчикЗаказ 8501/31 Тираж 496 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4