Назначение, устройство и работа системы автоматического регулирования ГТУ (на примере ГТН-6, схема)

 

Назначение системы

 

Система регулирования газотурбинной установки (ГТУ) гидродинамическая с гидравлическими связями. Выполняет следующие функции:

- поддержание с неравномерностью 5% заданной частоты вращения ротора турбины низкого давления (ТНД);

- изменение заданной частоты вращения ротора ТНД с помощью электромоторного привода сопла регулятора скорости;

- предохранение ротора ТНД от превышения максимальной частоты вращения;

- предохранение турбины высокого давления (ТВД) от превышения допустимой температуры продуктов сгорания перед ней;

- прекращение подачи топлива в камеру сгорания (КС) при срабатывании любой аварийной защиты газоперекачивающего агрегата (ГПА);

- предотвращение работы осевого компрессора (ОК) на режимах, близких к помпажной зоне.

 

Устройство системы регулирования

В состав системы входят следующие устройства:

- регулятор давления масла в системе (РД);

- регулятор скорости (РС);

- двигатель регулятора скорости (ДРС);

- переключатель (ПР);

- ограничитель приемистости (ОП);

- золотник защиты дополнительный (ЗЗД);

- золотник ограничителя приемистости (ЗОП);

- регулятор пуска (РП);

- регулятор соотношения (РСО) с датчиком (ДРСО);

- регулирующий клапан (РК);

- сервомотор регулирующего клапана (СРК);

- дежурный клапан (ДК);

- сервомотор дежурного клапана (СДК);

- стопорный клапан (СК);

- сервомотор стопорного клапана (ССК);

- противопомпажные клапаны (ППК);

- автомат противопомпажных клапанов (АППК);

- сбросные клапаны (СБК);

- автомат сбросных клапанов (АСБК);

- автомат безопасности ТНД (АБ);

- золотник автомата безопасности (ЗАБ);

- электромагнитный выключатель (ЭМВ);

- золотник поворотный (ЗП);

- золотник взведения защиты (ЗВЗ).

Система автоматического регулирования (рис. 1.) выполнена по схеме непрямого регулирования с гидравлическими серводвигателями и усилителями. Масло для работы серводвигателей поступает из системы маслоснабжения после первого обратного клапана (КО1). Перед использованием в системе масло очищается в блоке фильтров тонкой очистки (ФТО), а также регулируется до давления 0,6 МПа. Это давление поддерживается регулятором давления (РД) типа "после себя". От регулятора масло поступает в линию постоянного давления (МПД), которая обеспечивает подачу его к переключателю, золотнику взведения защиты, автомату противопомпажных клапанов, золотнику ограничителя приемистости и регулятору соотношений.

Основные связи в гидравлической системе обеспечиваются двумя рабочими линиями–проточной (МП) и предельного регулирования (МПР).

В проточную линию масло поступает из регулятора соотношения. Проточная линия осуществляет связь между мембранно-ленточным регулятором скорости, золотником ограничителя приемистости и регулятором соотнашения. В регуляторе скорости и золотнике ограничителя приемистости масло из проточной линии может выпускаться на слив. Количество сливаемого масла определяет давление в проточной линии, а оно, в свою очередь, положение регулирующего и сбросных клапанов.

 

Рис. 1. Система регулирования газотурбинной установки:

МПД-масло постоянного давления; МП-масло проточное;

МПР-масло предельного регулирования

 

Масло в линию предельной защиты подведено из нижнего этажа золотника поворотного. Этой линией связаны гидравлические элементы защиты с сервомотором стопорного клапана и дополнительным золотником защиты. Давление в этой линии определяет положение стопорного клапана. Клапан открыт, если слив масла из линии перекрыт, и давление в ней поддерживается постоянным 0,6 Мпа. При открытии слива масла через золотник автомата безопасности давление в линии снижается и стопорный клапан закрывается.

Основными регулирующими органами системы являются стопорный, дежурный и регулирующий клапаны, положение которых определяет количество газового топлива, подводимого из станционного коллектора к камере сгорания. В топливном коллекторе станционными средствами поддерживается давление 1 Мпа. В качестве привода этих клапанов используются поршневые гидравлические сервомоторы.

Основным регулятором является мембранно-ленточный регулятор скорости, который поддерживает заданную частоту вращения вала турбины низкого давления. Импульсом регулятору служит напорное давление ГМН, воспринимаемое чувствительным элементом РС. При изменении частоты вращения ТНД и, следовательно, давления на мембрану РС меняется ее прогиб и прогиб ленты, а также площадь слива масла через зазор между соплом и лентой. Равновесие поршня золотника в РСО нарушится, и он выйдет из положения отсечки. Сервомотор регулирующего клапана придет в движение, перемещая РК и изменяя слив через окно обратной связи до восстановления отсечного положения золотника. В конечном итоге новому значению частоты вращения будет соответствовать новое положение РК, связанное с изменившейся нагрузкой ГТУ.

Задание частоты вращения ротора ТНД и нагнетателя производится изменением слива проточного масла путем перемещения сопла РС с помощью двигателя регулятора скорости, подключенного к системе автоматического и дистанционного управления. Для проведения наладочных и проверочных работ предусмотрен ручной привод РС, действующий с помощью маховика.

Для ограничения допустимой частоты вращения ротора ТНД служит

ограничитель приемистости с золотником, который последовательно закрывает РК и открывает СБК. Закрытие РК производится постепенно открытием слива проточного масла при ходе ЗОП, когда частота вращения ТНД начинает превышать 105%. Благодаря этому агрегат предохраняется от перегрузки. Если же происходит дальнейший рост оборотов, то после закрытия РК ограничитель приемистости резко открывает слив масла из линии сервомоторов СБК.

Защиту ротора ТНД от разгона при резком сбросе нагрузки осуществляет бойковый автомат безопасности, воздействующий на золотник автомата безопасности.

При остановке агрегата система управления воздействует на элементы защиты системы регулирования с помощью электромагнитного выключателя.

Для ограничения температуры продуктов сгорания перед ТВД служит регулятор соотношения. Его действие заключается в том, что при открытии РК на величину, большую, чем это можно допустить при данном расходе воздуха, открывается слив проточного масла через окна в штоке сервомотора, ограничивая тем самым открытие РК. Повышение частоты вращения и увеличение давления воздуха вызывают увеличение прогиба мембраны и ленты ДРСО и тем самым смещение вниз золотника РСО, который своим штоком закрывает сливные окна проточного масла и позволяет сервомотору дальнейшее открытие РК. Кроме предохранения ТВД от перегрева РСО при наборе нагрузки уменьшает скорость возрастания температуры, предотвращая попадание ОК в помпаж.

Для предохранения компрессора от помпажа во время пуска на нем установлены два противопомпажных клапана, которые выпускают воздух после шестой ступени в атмосферу. ППК имеют гидравлический привод и управляются автоматом сильфонного типа, к которому подведен воздух после ОК. На стоящей турбине и при малой частоте вращения вала ОК золотник АППК под действием пружины поднят вверх и сообщает полости над поршнем клапанов с линией масла постоянного давления. Клапаны при этом открыты. При повышении давления воздуха за ОК золотник АППК перемещается вниз, закрывая подвод масла к поршням клапанов и открывая слив. ППК под действием своих пружин закрываются. При снижении частоты вращения ОК и давления воздуха происходит открытие ППК.

Однако открытие только ППК не может обеспечить в достаточной мере запас устойчивости ОК. При повышенном забросе температуры во время зажигания в КС в компрессоре может возникнуть вращающийся срыв - помпаж, который препятствует нормальному пуску ГТУ и представляет большую опасность для агрегата, так как при этом сильно возрастают напряжения в лопатках ОК. В связи с этим предусмотрено частичное открытие СБК за счет слива масла из линии управления их сервомоторами через отверстия в буксе АСБК, открываемых золотником при снижении давления воздуха на сильфон АСБК. После прохождения зажигания под действием возрастающего давления воздуха, создаваемого ОК, сильфон вместе с подвешенным к нему золотником перемещается вниз, преодолевая усилие пружины. Сливные отверстия перекрываются, СБК закрываются.

Топливный газ на зажигание при пуске и для поддержания непрерывного горения в КС во время переходных процессов подводится через дежурный клапан, открытие которого производится с помощью сервомотора. Управление сервомотором дежурного клапана осуществляется переключателем РС, сообщающего полость над поршнем СДК с линией масла постоянного давления при открытии ДК и со сливом при закрытии. В штоке поршня СДК находится золотник регулятора пуска, ограничивающий открытие дежурного клапана при недостаточном давлении воздуха за ОК. Это осуществляется открытием слива масла из полости над поршнем СДК, что предотвращает недопустимое повышение температуры перед ТВД.