СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ И ТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
TURBINE PLANT CONTROL METHOD, AND TURBINE PLANT

Область техники
Настоящее изобретение относится к турбинной установке и способу управления турбинной установкой, в частности к способу управления турбинной установкой и к турбинной установке, преимущественно используемым в замкнутом газотурбинном цикле, где рабочая среда циркулирует в замкнутой системе, а источником тепла служит атомный реактор или подобное устройство.
Уровень техники
Для увеличения скорости генераторного оборудования известных из уровня техники газовых турбин или подобного оборудования применяют отдельный пусковой двигатель и электрическое устройство СПЧ (статический преобразователь частоты) для использования генератора в качестве двигателя. Такое устройство используют исключительно при пуске, поэтому для уменьшения производственных затрат данное устройство имеет минимальные мощности.
Таким образом, согласно уровню техники доводят число оборотов до 30% от номинального числа оборотов, применяя отдельное пусковое устройство, а затем начинают подачу топлива, и число оборотов возрастает за счет ускоряющего момента самой турбины.
Однако, если источником тепла в замкнутом газотурбинном цикле, когда циркуляция рабочей среды происходит в замкнутой системе, служит атомный реактор или подобное устройство, скорость повышения температуры имеет ограничения, определяемые реакторным блоком (например, 100°С/ч), при этом быстрый рост температуры затруднителен. То есть при пуске такой газовой турбины с применением способа, аналогичного известному из уровня техники, возникают проблемы, связанные с тем, что разгон турбины до номинальных оборотов занимает много времени.
Если же разгонять турбину до номинальных оборотов одним только пусковым устройством, то потребуется увеличить его мощность, что влечет за собой рост производственных затрат.
В качестве способа для решения вышеуказанной проблемы предложена технология, предусматривающая регулирование количества циркулирующего в замкнутой системе гелия (см., например, публикацию японского патента №3020853).
Согласно указанной публикации №3020853, если на время разгона турбины уменьшить, по сравнению с номинальным, количество гелия в контуре, то можно уменьшить потребный для разгона крутящий момент и потребную мощность пускового устройства.
Однако, согласно все той же публикации №3020853, регулирование количества гелия в контуре само по себе отнимает время, а потому эта технология не пригодна для применения при разгоне, на который отводится сравнительно мало времени.
Кроме того, крутящий момент от двигателя передается на турбинный блок, содержащий турбину и компрессор, через редуктор или подобное ему устройство. Поэтому для предотвращения повышенного износа следует нагружать редуктор минимально достаточным крутящим моментом.
Однако, если, как раскрыто выше, снизить потребный для разгона турбины крутящий момент, то крутящий момент на редукторе или подобном ему устройстве также снижается, в результате чего снова возникает проблема износа из-за отклонения распределения нагрузки редуктора от стандартных значений за счет собственного веса редуктора, или из-за перевода контактного положения зубьев из стандартного положения.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение разработано для решения вышеуказанной проблемы, при этом его целью является обеспечение способа управления турбинной установкой, и турбинная установка, позволяющая осуществлять пуск, управляя нагрузкой на редукторе в рамках ограничений, накладываемых на оборудование, обеспеченное в комплектации с турбинной установкой.
Для достижения вышеуказанной цели в заявленном изобретении предлагаются следующие средства.
Заявлен способ управления турбинной установкой, отличающийся тем, что турбинная установка включает в себя компрессор для сжатия рабочей среды; турбину, приводимую во вращение рабочей средой, и циркуляционный контур, по которому рабочая среда циркулирует, по меньшей мере, между компрессором и турбиной; причем способ включает в себя этап разгона, на котором увеличивают число оборотов турбины и компрессора, приводимых во вращение двигателем через редуктор; этап измерения нагрузки, на котором датчиком измеряют нагрузку на редукторе; этап регулирования расхода рабочей среды через байпас, на котором повышают расход рабочей среды, перепускаемой с выхода компрессора на его вход, если абсолютное значение измеренной нагрузки равно или меньше некоторого заданного абсолютного значения, и снижают расход рабочей среды через байпас, если абсолютное значение нагрузки равно или больше заданного абсолютного значения.
Согласно настоящему изобретению, при разгоне компрессора и турбины, управляя расходом через байпас, перепускающий рабочую среду с выхода компрессора на его вход в зависимости от нагрузки на редукторе, регулируют нагрузку на редукторе до заданной величины.
Такое регулирование нагрузки на редукторе, по сравнению, например, со способом регулирования расхода рабочей среды через байпас в зависимости от периода времени, прошедшего с момента начала разгона, является более точным.
То есть, если абсолютное значение нагрузки на редукторе равно или меньше заданного абсолютного значения, то расход рабочей среды через байпас увеличивают, в результате чего расход рабочей среды через компрессор возрастает. С ростом расхода рабочей среды через компрессор также растет и потребный крутящий момент для данного компрессора, а следовательно, растет и нагрузка на редукторе, расположенном между двигателем и компрессором, и нагрузку на редукторе регулируют до заданной величины.
С другой стороны, если абсолютное значение нагрузки на редукторе равно или превышает заданное абсолютное значение, снижают расход рабочей среды через байпас, в результате чего ее расход через компрессор падает. С падением расхода рабочей среды через компрессор также падает и потребный крутящий момент для компрессора, а следовательно, падает и нагрузка на понижающем редукторе, расположенном между двигателем и компрессором, и нагрузку на редукторе регулируют до заданной величины.
При этом нагрузкой на редукторе управляют, только регулируя расход рабочей среды через байпас. Поэтому, даже если турбинная установка обеспечена источником тепла, ограничивающим скорость повышения температуры, например, атомным реактором или подобным устройством, можно отрегулировать нагрузку на редукторе до заданной величины в рамках ограничений, относящихся к скорости роста температуры или подобных им, обусловленных источником тепла.
Согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы этап регулирования расхода через байпас включал в себя: первый вычислительный этап, на котором вычисляют расход через байпас, исходя из измеренной нагрузки и ее заданной величины; второй вычислительный этап, на котором вычисляют расход через байпас, необходимый для предотвращения помпажа компрессора, исходя из соотношения давлений на входе и выходе компрессора, а также вычисляют уточненное число оборотов компрессора, исходя из температуры рабочей среды на входе в турбину; этап выбора, на котором из величин расходов через байпас, вычисленных на первом и втором вычислительных этапах, выбирают большую величину; и этап регулирования расхода, на котором расход рабочей среды, перепускаемой с выхода компрессора на его вход, регулируют до выбранной величины расхода через байпас.
Согласно настоящему изобретению, большую величину расхода через байпас выбирают из величин расхода через байпас, одна из которых обеспечивает регулирование нагрузки на редукторе до заданной величины, а другая -предотвращение помпажа компрессора; при этом регулирование расхода рабочей среды через байпас до выбранной величины позволяет избежать не только падения нагрузки на редукторе ниже заданной величины, но и возникновения помпажа компрессора.
Заявленный способ управления турбинной установкой отличается тем, что турбинная установка включает в себя компрессор для сжатия рабочей среды; турбину, приводимую во вращение рабочей средой; и циркуляционный контур, по которому рабочая среда циркулирует, по меньшей мере, между компрессором и турбиной; при этом заявленный способ включает в себя: этап разгона, на котором увеличивают число оборотов турбины и компрессора посредством двигателя с редуктором; и этап регулирования расхода через байпас, на котором расход рабочей среды, перепускаемой с выхода компрессора на его вход, снижают по истечении некоторого периода времени с момента начала увеличения числа оборотов.
Согласно заявленному изобретению, при разгоне турбины и компрессора посредством регулирования расхода рабочей среды, перепускаемой с выхода компрессора на его вход в зависимости от некоторого периода времени, прошедшего с момента начала разгона, нагрузку на редукторе регулируют до заданной величины.
Такое управление нагрузкой на понижающем редукторе по сравнению, например, со способом регулирования расхода рабочей среды через байпас в зависимости от нагрузки на редукторе, является более простым.
То есть в момент начала операции разгона температура циркулирующей через турбину и компрессор рабочей среды невелика, потребный крутящий момент на компрессоре также мал, и, следовательно, мала нагрузка на редукторе. Таким образом, в начале операции разгона расход рабочей среды, проходящей через компрессор, обеспечивается без снижения расхода рабочей среды через байпас, а также обеспечивается нагрузка на понижающем редукторе.
Затем, по истечении некоторого времени с момента начала разгона температура циркулирующей в турбине и компрессоре рабочей среды возрастает, потребный крутящий момент на компрессоре увеличивается, а также увеличивается нагрузка на редукторе.
Поэтому увеличение потребного крутящего момента на компрессоре и нагрузки на редукторе ограничивается за счет снижения расхода рабочей среды через байпас спустя некоторое время после начала разгона.
Согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы этап регулирования расхода через байпас включал в себя: первый вычислительный этап, на котором вычисляют расход через байпас, исходя из периода времени, прошедшего с момента начала разгона; второй вычислительный этап, на котором на основании соотношения давлений на входе и выходе компрессора вычисляют расход через байпас, необходимый для предотвращения помпажа компрессора, а также на основании температуры рабочей среды на входе в компрессор вычисляют уточненное число оборотов компрессора; этап выбора, на котором выбирают расход через байпас, больший из двух величин расхода, вычисленных на первом и втором вычислительных этапах; и этап регулирования расхода через байпас, на котором расход рабочей среды, перепускаемой с выхода компрессора на его вход, регулируют до выбранной величины расхода через байпас.
Согласно настоящему изобретению, из расхода через байпас, зависящего от времени, прошедшего с момента начала разгона, и расхода, исключающего возникновение помпажа компрессора, выбирают больший, при этом регулирование расхода рабочей среды через байпас до выбранной величины позволяет избежать не только падения нагрузки на редукторе ниже заданной величины, но и возникновения помпажа компрессора.
Турбинная установка согласно настоящему изобретению отличается тем, что включает в себя: компрессор для сжатия рабочей среды; турбину, приводимую во вращение рабочей средой; циркуляционный контур, по которому рабочая среда циркулирует, по меньшей мере, между компрессором и турбиной; байпас для перепуска рабочей среды с выхода компрессора на его вход; регулятор расхода для управления расходом рабочей среды через байпас; двигатель, приводящий во вращение компрессор и турбину при пуске с помощью редуктора; управляющее устройство для реализации способа по любому из п.п.1-4 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению, заявленным способом с применением управляющего устройства можно управлять расходом рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода компрессора на его вход, а также нагрузкой на редукторе.
При этом нагрузку на редукторе регулируют только расходом рабочей среды через байпас, поэтому, даже если турбинная установка работает с источником тепла, ограничивающим скорость повышения температуры рабочей среды, например, с атомным реактором или подобным устройством, можно отрегулировать нагрузку на редукторе до заданной величины в рамках, ограничений по скорости роста температуры или подобных им, накладываемых на источник тепла.
Согласно заявленному изобретению турбинная установка и способ управления турбинной установкой во время разгона турбины и компрессора посредством регулирования расхода рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода компрессора на его вход в зависимости от нагрузки на редукторе, обеспечивают возможность регулирования нагрузки на редукторе в рамках ограничений, накладываемых на оборудование, обеспеченное в комплекте с турбинной установкой.
Согласно заявленному изобретению турбинная установка и способ управления турбинной установкой при разгоне компрессора и турбины посредством регулирования расхода рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода компрессора на его вход в зависимости от времени, прошедшего с момента начала разгона, позволяют регулировать нагрузку на редукторе в рамках ограничений, накладываемых на оборудование, обеспеченное в комплекте с турбинной установкой.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически показана энергетическая установка согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.2 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.1.
На фиг.3 показаны графики изменения во времени числа оборотов и изменения во времени степени открытия второго перепускного клапана при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
На фиг.4 показан график изменения во времени нагрузки на редукторе при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
На фиг.5 представлена блок-схема алгоритма управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
На фиг.6 представлена блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.7 представлены графики изменения во времени числа оборотов и изменения во времени степени открытия первого и второго перепускных клапанов при пуске энергетической установки, показанной на фиг.1.
На фиг.8 показана блок-схема алгоритма управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.6.
На фиг.9 схематически представлена энергетическая установка согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.10 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.9.
На фиг.11 показана блок-схема алгоритма управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.10.
На фиг.12 схематически показана энергетическая установка согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.13 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.12.
На фиг.14 показана блок-схема алгоритма управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.12.
Предпочтительные варианты реализации заявленного изобретения
Первый вариант
Ниже со ссылками на фиг.1-5 раскрывается работающая по замкнутому газотурбинному циклу энергетическая установка согласно первому варианту реализации заявленного изобретения.
На фиг.1 схематически представлена энергетическая установка согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.
Для данного варианта реализации пояснения даются применительно к энергетической установке, включающей в себя газовую турбину замкнутого цикла, где по замкнутому контуру в качестве рабочей среды циркулирует гелий, а источником тепла для нагрева сжатой рабочей среды служит атомный реактор.
Как показано на фиг.1, энергетическая (турбинная) установка 1, в основном, содержит турбину 3, компрессор 4 низкого давления, компрессор 5 высокого давления и редуктор 6, установленные на одном вращающемся валу 2, соединенный с редуктором 6 генератор (двигатель) 7, атомный реактор 8 для нагрева рабочей среды, сжатой компрессором 5 высокого давления, и циркуляционный контур, по которому рабочая среда последовательно протекает через атомный реактор 8, турбину 3, компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления.
На фиг.1 показано, что турбина установлена на валу 2 и приводится во вращение высокотемпературной рабочей средой, поступающей под высоким давлением из реактора 8.
Рабочая среда может проходить по циркуляционному контуру от атомного реактора 8 к турбине 3 и от турбины 3 к компрессору 4 низкого давления.
На фиг.1 показано, что компрессор 4 низкого давления установлен на вращающемся валу 2 и служит для сжатия рабочей среды за счет вращения вала 2.
Рабочая среда также может проходить по циркуляционному контуру 9 от турбины 3 к компрессору 4 низкого давления и от компрессора 4 низкого давления к компрессору 5 высокого давления.
На фиг.1 также показано, что компрессор 5 высокого давления установлен на вращающемся валу 2 и служит для сжатия рабочей среды за счет вращения вала 2.
Рабочая среда далее может проходить по циркуляционному контуру 9 от компрессора 4 низкого давления к компрессору 5 высокого давления и от компрессора 5 высокого давления в атомный реактор 8.
Как показано на фиг.1, атомный реактор 8 расположен между компрессором 5 высокого давления и турбиной 3 и обеспечивает подачу в турбину высокотемпературной рабочей среды с высоким давлением, для чего нагревает рабочую среду, выходящую под высоким давлением из компрессора 5 высокого давления.
Рабочая среда может проходить по циркуляционному контуру 9 от компрессора 5 высокого давления к атомному реактору 8 и от реактора 8 к турбине 3.
На фиг.1 показано, что редуктор 6 соединяет вал 2 и генератор 7 с возможностью передачи крутящего момента как с вала 2 на генератор 7, так и с генератора 7 на вал 2 при преобразовании вращения.
Редуктор 6 представляет собой несколько зубчатых колес, взаимодействующих по той или иной схеме. Например, в редукторе может использоваться планетарная передача, хотя настоящее изобретение этой схемой не ограничивается.
На фиг.2 представлена блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, изображенной на фиг.1.
Как показано на фиг.1, редуктор 6 снабжен датчиком 11 крутящего момента (датчиком нагрузки), предназначенным для измерения крутящего момента на редукторе.
Как показано на фиг.2, измеренная величина крутящего момента с выхода датчика 11 поступает на регулятор 51 с обратной связью.
Как показано на фиг.1, генератор 7 присоединен к редуктору 6 с возможностью передачи вращающего усилия и приводится во вращение турбиной 3 через вал 2 и редуктор 6 для выработки электроэнергии, когда турбинная установка 1 приведена в рабочее состояние.
При пуске же энергетической установки 1 турбину 3, компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления приводят во вращение посредством вала 2 и редуктора 6, используя энергию, подаваемую извне.
Как показано на фиг.1, циркуляционный контур 9 служит для циркуляции рабочей среды между реактором 8, турбиной 3, компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления.
Циркуляционный контур 9 оснащен регенеративным теплообменником 21 для осуществления теплообмена между рабочей средой, выходящей из турбины 3, и рабочей средой, выходящей из компрессора 5 высокого давления;
холодильником 22 для осуществления теплообмена между рабочей средой на входе в компрессор 4 низкого давления и морской водой; а также промежуточным холодильником 23 для осуществления теплообмена между рабочей средой, выходящей из компрессора 4 низкого давления и морской водой.
На фиг.1 показано, что регенеративный теплообменник 21 служит для нагрева поступающей в реактор 8 рабочей среды за счет тепла, отбираемого у рабочей среды, выходящей из турбины 3. Регенеративный теплообменник 21 находится между турбиной 3 и компрессором 4 низкого давления, и одновременно между компрессором 5 высокого давления и атомным реактором 8.
Как показано на фиг.1, холодильник 22 - это теплообменник для передачи тепла рабочей среды, выходящей из регенеративного теплообменника 21, морской воде. Холодильник 22 расположен между регенеративным теплообменником 21 и компрессором 4 низкого давления.
При этом холодильник 22 может работать за счет отбора тепла у рабочей среды морской водой, как описано выше, либо иной средой, без ограничений для настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1, промежуточный холодильник 23 служит для отбора тепла у рабочей среды, выходящей из компрессора 4 низкого давления, морской водой. Промежуточный холодильник 23 находится между компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления.
При этом промежуточный холодильник 23 может работать за счет отбора тепла у рабочей среды морской водой, как описано выше, либо иной средой, без ограничений для настоящего изобретения.
Далее, как показано на фиг.1, в циркуляционном контуре 9 имеется первый байпас 31 для повышения расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления, а также второй байпас 32 для регулирования количества рабочей среды, т.е. для регулирования расхода рабочей среды в контуре 9, а также для повышения расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления.
Как показано на фиг.1, первый байпас 31 служит для перепуска части рабочей среды с выхода промежуточного холодильника 23 в точку между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления. Иначе говоря, первый байпас 31 представляет собой тракт, один конец которого подключен к циркуляционному контуру 9 между холодильником 23 и компрессором 5 высокого давления, а другой конец - между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления
В тракте первого байпаса 31 имеется первый перепускной клапан 36, для регулирования расхода рабочей среды через байпас.
Как показано на фиг.1, первый перепускной клапан 36 установлен в тракте первого байпаса 31 для регулирования расхода рабочей среды через первый байпас 31. Иначе говоря, первый перепускной клапан служит для регулирования расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления, чтобы предотвратить возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.
Хотя пояснения для данного варианта реализации заявленного изобретения даются применительно к двум клапанам 36, установленным параллельно, настоящее изобретение не ограничивается именно этим количеством, клапанов может быть больше или меньше.
Как показано на фиг.1, второй байпас 32 представляет собой тракт, по которому можно подавать рабочую среду как на выход компрессора 5 высокого давления, так и на вход компрессора 4 низкого давления, а также перепускать часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления в точку между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22. Иначе говоря, второй байпас 32 представляет собой тракт, одним концом подключенный между компрессором 5 высокого давления и регенеративным теплообменником 21, а другим - между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления.
Второй байпас 32 оснащен первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42, которые соединены с внешней системой подачи рабочей среды, при этом между первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42 находится второй перепускной клапан (регулятор расхода) 43.
Первый бак-аккумулятор 41 представляет собой емкость, расположенную в тракте второго байпаса 32 на стороне компрессора 5 высокого давления. Второй бак-аккумулятор расположен в тракте второго байпаса на стороне холодильника 22.
Подачу рабочей среды в циркуляционный контур 9 из системы подачи производят через первый бак-аккумулятор 41, второй бак-аккумулятор 42 или через оба бака одновременно.
Если же регулируют расход рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления, то часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления перепускают последовательно через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42 и возвращают между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22.
Как показано на фиг.1, второй перепускной клапан установлен в тракте второго байпаса 32 между первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42 и служит для регулирования расхода рабочей среды через второй байпас 32. Иначе говоря, второй перепускной клапан 43 служит для регулирования расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления в рабочем режиме энергетической установки 1, а также для регулирования нагрузки на редукторе 6 во время пуска.
Как показано на фиг.2, на вход второго перепускного клапана 43 поступает управляющий сигнал от регулятора 51 с обратной связью, регулирующий степень открытия клапана
Хотя пояснения для данного варианта реализации заявленного изобретения даются применительно к двум перепускным клапанам 43, установленным параллельно, настоящее изобретение не ограничивается именно этим количеством, клапанов может быть больше или меньше.
Далее, как показано на фиг.2, энергетическая установка 1 оснащена регулятором 51 с обратной связью, который управляет степенью открытия второго перепускного клапана 43, исходя из измеренной датчиком 11 величины крутящего момента.
Ниже разъясняется порядок управления степенью открытия второго перепускного клапана 43 посредством регулятора 51 с обратной связью.
Далее разъясняется принцип действия энергетической установки 1, имеющей вышеуказанную компоновку.
В рабочем режиме, т.е. когда энергетическая установка 1 вырабатывает электроэнергию, рабочая среда под высоким давлением поступает в атомный реактор 8, нагревается дополнительно за счет тепла реактора до температуры, например, порядка 900°С, и поступает обратно в циркуляционный контур 9.
По циркуляционному контуру 9 рабочая среда поступает в турбину 3. Турбина 3 за счет энергии высокотемпературной рабочей среды с высоким давлением создает вращающее усилие и передает его валу 2.
Вращающее усилие от вала 2 передается на редуктор 6 и далее на генератор 7. Редуктор 6 понижает число оборотов вала 2 до числа оборотов, требуемых для вращения генератора 7.
Генератор 7 вырабатывает электроэнергию за счет передаваемого ему вращающего усилия.
На выходе же из турбины 3 рабочая среда имеет температуру, сниженную приблизительно до 500°С, и по циркуляционному контуру 9 поступает в регенеративный теплообменник 21. В регенеративном теплообменнике 21 происходит теплообмен между рабочей средой, выходящей из турбины 3, и рабочей средой, выходящей из компрессора 5 высокого давления, описанного ниже, после чего рабочая среда выходит из регенеративного теплообменника 21.
Из регенеративного теплообменника 21 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в холодильник 22, где отдает тепло морской воде, охлажденной приблизительно до 20°С, после чего рабочая среда выходит из холодильника 22.
Из холодильника 22 рабочая среда по контуру 9 поступает на вход компрессора 4 низкого давления. Компрессор 4 низкого давления сжимает поступающую в него рабочую среду за счет крутящего момента от турбины 3 на валу 2 и отдает ее обратно в циркуляционный контур 9.
Из компрессора 4 низкого давления рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в промежуточный холодильник 23, где отдает тепло морской воде, охлажденной приблизительно до 20°С, после чего рабочая среда выходит из промежуточного холодильника.
Из промежуточного холодильника 23 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает на вход компрессора 5 высокого давления. Компрессор 5 высокого давления повышает давление поступающей в него рабочей среды, сжатой компрессором 4 низкого давления, за счет крутящего момента от турбины 3 на валу 2, и отдает рабочую среду обратно в циркуляционный контур 9.
Из компрессора 5 высокого давления рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в регенеративный теплообменник 21, где отбирает тепло у рабочей среды, выходящей из турбины 3 и нагретой, например, до приблизительно 450°С, и возвращается в циркуляционный контур 9.
Из регенеративного теплообменника 21 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 снова поступает в атомный реактор 8, после чего вышеописанная процедура повторяется.
Если расход рабочей среды через циркуляционный контур 9 мал, т.е. если мал расход текучей среды на входе в компрессора 4 низкого давления, то открывают первый перепускной клапан 36, чтобы предотвратить возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.
То есть, открывая первый перепускной клапан 36, возвращают по первому байпасу 31 часть рабочей среды, прошедшей компрессор 4 низкого давления и промежуточный холодильник 23, в циркуляционный контур 9 между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления. Из-за этого расход на входе в компрессор 4 низкого давления возрастает по сравнению с расходом через контур 9 в целом, что предотвращает возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.
Если же расход рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления мал, открывают второй перепускной клапан 43, чтобы предотвратить возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.
То есть, открывая второй перепускной клапан 43, перепускают по второму байпасу 32 через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42 часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления назад в циркуляционный контур 9 между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22. Таким образом, расход рабочей среды, проходящей через компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления, возрастает по сравнению с расходом через контур 9 в целом, что предотвращает возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.
Наконец, если количество рабочей среды в циркуляционном контуре 9 мало, рабочую среду добавляют в циркуляционный контур из системы подачи рабочей среды, подключенной через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42.
Ниже раскрывается процесс управления пуском энергетической установки 1, характерный для настоящего варианта реализации заявленного изобретения.
При пуске показанной на фиг.1 энергетической установки 1 на генератор 7 подают питание извне. Запитанный генератор 7 работает как двигатель и создает вращающее усилие для вращения турбины 3, компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления посредством редуктора 6 и вращающегося вала 2.
На фиг.3 показан график изменения во времени числа оборотов турбины и степени открытия второго перепускного клапана при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
При пуске энергетической установки 1, как показано на фиг.3, компрессор 4 низкого давления, компрессор 5 высокого давления и подобное оборудование разгоняют до скорости вращения порядка 300 об/мин и поддерживают такой режим до наступления момента времени Т1, в который поступает команда на увеличение скорости.
В этом случае, как показано на фиг.1 и фиг.2, нагрузку на редукторе 6 измеряют датчиком 11 крутящего момента, а измеренную величину, т.е. сигнал крутящего момента, подают на вход регулятора 51 с обратной связью. Измеренная датчиком 11 величина ближе к 0, чем к заданной величине крутящего момента, а потому регулятор 51 с обратной связью выдает управляющий сигнал на открытие второго перепускного клапана 43.
При открытии второго перепускного клапана 43 часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления перепускается по второму байпасу 32 через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42 на вход компрессора 4 низкого давления. Иначе говоря, расход рабочей среды через компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления растет, при этом растет и крутящий момент, потребный для приведения в движение компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.
Вследствие этого растет крутящий момент для генератора 7, работающего как двигатель, а также для редуктора 6, расположенного между компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления.
На фиг.4 показан график, поясняющий изменение во времени крутящего момента на редукторе при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
С момента пуска и до первого заданного момента времени Т1 скорость вращения компрессора 4 низкого давления, компрессора 5 высокого давления или подобного оборудования мала, как и температура в атомном реакторе 8, а потому регулятор 51 с обратной связью выдает сигнал на полное открытие второго перепускного клапана 43. На графике, представленном на фиг.4, кривая крутящего момента с момента пуска до первого заданного момента времени Т1 показывает крутящий момент на редукторе 6 при полностью открытом втором перепускном клапане 43.
То есть с момента пуска до первого заданного момента времени Т1 измеряемый датчиком 11 крутящий момент находится в пределах от 0 до отрицательного первого заданного значения крутящего момента -Q1.
Положительные значения крутящего момента на фиг.4 относятся к крутящему моменту на редукторе 6 при вращении генератора 7 турбиной 3, а отрицательные - при вращении генератором 7 турбины 3 и компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.
Далее, в области между положительным первым заданным крутящим моментом Q1 и отрицательным первым заданным крутящим моментом -Q1 на фиг.4 величина крутящего момента на редукторе 6 мала, а потому велика вероятность развития износа на зубчатых колесах редуктора.
На фиг.5 показана блок-схема, поясняющая процесс управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.
Когда поступает команда на разгон и начинается увеличение скорости вращения компрессора 4 низкого давления или подобного ему, т.е. после достижения первого заданного момента времени Т1, как показано на фиг.3, скорость вращения компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления или подобных им постепенно увеличивают до номинальной, т.е. доводят примерно до 6000 об/мин ко второму заданному моменту времени Т2 (этап S1 разгона).
С ростом скорости вращения также растет расход рабочей среды, сжатой компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления, при этом возрастает крутящий момент, необходимый для приведения во вращение компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.
Из-за этого возрастает крутящий момент на редукторе 6, измеряемый датчиком 11 крутящего момента (этап S2 измерения нагрузки). Регулятор 51 с обратной связью выдает управляющий сигнал на регулирование степени открытия второго перепускного клапана 43 согласно поступающему сигналу крутящего момента (этап S3 регулирования расхода через байпас).
То есть, когда абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6 меньше абсолютного значения крутящего момента -Q, регулятор 51 с обратной связью выдает управляющий сигнал на открытие второго перепускного клапана 43, направленный на выполнение регулирования для приближения крутящего момента на редукторе 6 к заданному крутящему моменту -Q. Когда же абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6 больше абсолютного значения крутящего момента -Q, регулятор 51 с обратной связью выдает управляющий сигнал на закрытие второго перепускного клапана 43, направленный на выполнение регулирования для приближения крутящего момента на редукторе 6 к заданному крутящему моменту -Q.
Регулируя вышеописанным образом расход рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода компрессора 5 высокого давления на вход компрессора 4 низкого давления, на основании крутящего момента на редукторе 6 в процессе разгона компрессора 4 низкого давления, компрессора 5 высокого давления и турбины 3, крутящий момент на редукторе регулируют до заданного крутящего момента -Q.
Таким образом, управление крутящим моментом на редукторе 6 является более точным по сравнению, например, со способом регулирования расхода рабочей среды через байпас в зависимости от времени, прошедшего с момента начала разгона.
То есть, когда абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6 равно или меньше абсолютного значения заданного крутящего момента -Q, расход рабочей среды через компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления повышают за счет повышения расхода рабочей среды через байпас. С ростом расхода повышается крутящий момент, необходимый для приведения в движение компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления, а с ним и крутящий момент на редукторе 6, установленном между генератором 7 и компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления, и таким образом нагрузку на редукторе регулируют до заданного крутящего момента -Q.
Когда же абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6 равно или больше абсолютного значения заданного крутящего момента -Q, расход рабочей среды через компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления снижают за счет снижения расхода рабочей среды, проходящей через байпас. С понижением расхода падает потребный крутящий момент на компрессоре 4 низкого давления и компрессоре 5 высокого давления, а с ним и крутящий момент на редукторе 6, установленном между генератором 7 и компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления, таким образом крутящий момент на редукторе регулируют до заданного крутящего момента -Q.
Далее, крутящим моментом на редукторе 6 управляют, регулируя только расход рабочей среды через байпас, а потому, даже если источником тепла для энергетической установки 1 служит атомный реактор 8 или иное подобное устройство с ограниченным темпом разгона, можно регулировать крутящий момент на редукторе 6 до заданного крутящего момента -Q в рамках ограничений, накладываемых на скорость разгона или подобных им.
Далее, хотя пояснения для вышеописанного варианта реализации заявленного изобретения давались исходя из того, что нагрузка на редукторе 6 измеряется посредством датчика 11 крутящего момента как крутящий момент, приложенный к указанному редуктору 6, нагрузку можно определять, измеряя не только крутящий момент, но и смещение зубчатых колес редуктора, при этом настоящее изобретение не ограничивается данными способами.
Далее, хотя пояснения для вышеописанного варианта реализации заявленного изобретения давались применительно к компрессору, имеющему две ступени, т.е. компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления, компрессор может иметь одну, три или более ступеней, без каких-либо ограничений для настоящего изобретения.
Кроме того, хотя пояснения для вышеописанного варианта реализации заявленного изобретения давались применительно к регулятору 51 с обратной связью, который управляет степенью открытия второго перепускного клапана 43, он может управлять степенью открытия первого перепускного клапана 36, без каких-либо ограничений для настоящего изобретения.
Наконец, хотя пояснения для вышеописанного варианта реализации заявленного изобретения давались применительно к тому, что степень открытия второго перепускного клапана 43 регулируют при пуске энергетической установки 1, аналогичное управление может осуществляться при его останове, или когда мал расход рабочей среды в циркуляционном контуре 9, без каких-либо ограничений для настоящего изобретения.
Второй вариант
Ниже описывается второй вариант реализации настоящего изобретения со ссылками на фиг.6-8.
Хотя базовый состав энергетической установки согласно данному варианту реализации заявленного изобретения, в основном, не отличается от первого варианта, второй вариант отличается от первого способом управления первым перепускным клапаном. Поэтому для данного варианта со ссылками на фиг.6-8 поясняется только порядок управления первым перепускным клапаном, а описание прочих составляющих элементов опускается.
На фиг.6 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой согласно данному варианту реализации заявленного изобретения.
Составляющие элементы, совпадающие с элементами, раскрытыми применительно к первому варианту реализации заявленного изобретения, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опускается.
Как показано на фиг.6, управляющее устройство 150 в составе энергетической установки 101 в данном варианте реализации содержит регулятор 51 с обратной связью для управления степенью открытия второго перепускного клапана 43, а также программный регулятор (регулятор) 151 для управления степенью открытия первого перепускного клапана (регулятора расхода) 36.
Программный регулятор 151 управляет степенью открытия первого перепускного клапана 36 на основании команды на разгон для увеличения скорости вращения компрессора 4 низкого давления и подобного оборудования при пуске энергетической установки 1.
Ниже поясняется регулирование степени открытия первого перепускного клапана 36 со стороны программного регулятора 151.
Далее поясняется регулирование при пуске энергетической установки 101, характерное для данного варианта реализации заявленного изобретения.
При этом, хотя в ходе процедуры пуска регулятор 51 с обратной связью и программный регулятор 151 управляют степенью открытия второго перепускного клапана 43 и первого перепускного клапана 36 соответственно, регулятор 51 с обратной связью не отличается от подобного регулятора согласно первому варианту, а потому его описание опускается.
Кроме того, энергетическая установка 101 вырабатывает электроэнергию таким же образом, как и в первом варианте реализации заявленного изобретения, поэтому соответствующее описание опускается.
На фиг.7 показан график, поясняющий изменение во времени числа оборотов и степени открытия первого и второго перепускных клапанов при пуске энергетической установки, представленной на фиг.6. При этом кривая V1 на фиг.7 показывает степень открытия первого перепускного клапана 36, а кривая V2 - степень открытия второго перепускного клапана 43.
Как показано на фиг.7, при пуске энергетической установки 101 компрессор 4 низкого давления, компрессор 5 высокого давления и прочее приводят во вращение со скоростью порядка 300 об/мин и поддерживают такой режим до наступления первого заданного момента времени Т1, в который поступает команда на разгон.
В этом случае программный регулятор 151 выдает управляющий сигнал на полное открытие первого перепускного клапана 36.
При открытии первого перепускного клапана 36 часть рабочей среды, прошедшая компрессор 4 низкого давления и промежуточный холодильник 36, возвращается по первому байпасу 31 обратно на вход компрессора 4. Иначе говоря, расход рабочей среды через компрессор 4 низкого давления растет, а с ним растет и потребный крутящий момент для компрессора 4 низкого давления (см. фиг.1).
Из-за этого возрастает и крутящий момент на редукторе 7, расположенном между работающим в качестве двигателя генератором 7 и компрессором 4 низкого давления.
На фиг.8 показана блок-схема алгоритма управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.6.
Затем, при запуске вращения компрессора 4 низкого давления или подобного ему после получения команды на разгон (этап S1 разгона), программный регулятор 151 выдает управляющий сигнал на уменьшение степени открытия первого перепускного клапана 36 в соответствии со временем, прошедшим с момента подачи команды на разгон (этап S13 регулирования расхода через байпас).
То есть, по мере того, как скорость вращения компрессора 4 низкого давления или подобного ему растет с течением времени, также растет расход рабочей среды через компрессор 4 низкого давления, и, следовательно, с течением времени также растет потребный крутящий момент для компрессора 4 низкого давления.
Поэтому программный регулятор 151 выдает управляющий сигнал на уменьшение степени открытия первого перепускного клапана 36 в зависимости от времени, прошедшего с момента поступления команды на разгон.
С уменьшением степени открытия первого перепускного клапана 36 уменьшается расход рабочей среды через него, а также уменьшается расход рабочей среды, перепускаемой обратно на вход компрессора 4 низкого давления. Таким образом ограничивается рост расхода рабочей среды через компрессор 4 низкого давления, а также рост потребного крутящего момента для компрессора низкого давления.
В соответствии с вышеописанной компоновкой, регулируя расход рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода компрессора 4 низкого давления на его вход в зависимости от времени с момента начала разгона, регулируют крутящий момент на редукторе 6 до заданного крутящего момента -Q в процессе разгона компрессора 4 низкого давления, компрессора 5 высокого давления и турбины 3.
По этой причине управление нагрузкой на редукторе 6 упрощается по сравнению, например, со способом управления расходом рабочей среды через байпас на основании крутящего момента на редукторе 6.
То есть, в момент начала пусковой операции температура рабочей среды, проходящей через компрессор 4 низкого давления, компрессор 5 высокого давления и турбину 3, невелика, потребный крутящий момент на компрессоре 4 низкого давления или подобном ему также мал, и, следовательно, мала нагрузка на редукторе 6. Таким образом, в начале пусковой операции крутящий момент на редукторе 6 обеспечивается расходом рабочей среды, проходящей через компрессор 4 низкого давления, без уменьшения расхода рабочей среды через байпас.
Затем, по истечении некоторого времени после начала пусковой операции температура протекающей через компрессор 4 низкого давления, компрессор 5 высокого давления и турбину 3 рабочей среды растет, потребный крутящий момент на компрессоре 4 низкого давления или подобном ему оборудовании также растет, а также растет крутящий момент на редукторе 6. Таким образом, снижая согласно времени с момента начала разгона расход рабочей среды через байпас, можно ограничить рост потребного крутящего момента на компрессоре 4 низкого давления и рост крутящего момента на редукторе 6.
Далее, управление степенью открытия второго перепускного клапана 43 и первого перепускного клапана 36 посредством, соответственно, регулятора 51 с обратной связью и программного регулятора 151 упрощает регулирование крутящего момента на редукторе 6.
То есть, для регулирования крутящего момента на редукторе 6 можно задействовать совместно первый и второй перепускные клапаны 36, 43, а потому отпадает необходимость применять в том или другом качестве клапаны большого размера или наращивать их число. Поэтому изменение операций для регулирования крутящего момента на редукторе 6 или их добавление компенсируется возможностью ограничить рост первоначальной стоимости энергетической установки 101.
Третий вариант
Ниже раскрывается третий вариант реализации настоящего изобретения со ссылками на фиг.9-11.
Хотя базовый состав энергетической установки в данном варианте реализации, в основном, не отличается от описанного выше для первого варианта, данный вариант отличается от первого способом управления вторым перепускным клапаном. Поэтому для данного варианта реализации со ссылками на фиг.9-11 поясняется только способ управления вторым перепускным клапаном, а описание прочих составляющих элементов опускается.
На фиг.9 схематически показана энергетическая установка согласно данному варианту реализации настоящего изобретения. На фиг.10 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.9.
Элементы установки, совпадающие с элементами из первого варианта реализации, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опускается.
Как показано на фиг.9 и фиг.10, энергетическая установка 201 согласно данному варианту реализации дополнительно содержит второй датчик 261 отношения давлений, который измеряет отношение давления рабочей среды на входе в компрессор 5 высокого давления к давлению рабочей среды на выходе из него, а также датчик 262 температуры рабочей среды на входе в турбину 3, и, кроме того, вычислительное устройство 263 для вычисления уточненного числа оборотов.
Как показано на фиг.9, второй датчик 261 соотношения давлений измеряет соотношение давлений на входе и выходе компрессора 5 высокого давления. Измеренное датчиком 261 соотношение давлений, как показано на фиг.10, поступает на вход второго регулятора 251 предупреждения помпажа, входящего в состав управляющего устройства 250.
На фиг.9 показано, что температурный датчик 262 измеряет температуру рабочей среды на входе в турбину 3. На фиг.10, в свою очередь, показано, что измеряемая датчиком 262 температура поступает на вход вычислительного устройства 263 для вычисления уточненного числа оборотов.
Как показано на фиг.10, вычислительное устройство 263 вычисляет уточненное число оборотов N1 на основании температуры Ti, измеряемой температурным датчиком 262, и фактического числа оборотов N турбины 3 по следующей формуле:
Вычисленное вычислительным устройством 263 уточненное число оборотов N1 поступает на вход второго регулятора 251 предупреждения помпажа.
Далее, как показано на фиг.10, управляющее устройство 250 энергетической установки 201 согласно настоящему варианту реализации заявленного изобретения содержит: регулятор 51 с обратной связью для регулирования степени V2 открытия второго перепускного клапана 43 на основании крутящего момента, измеренного датчиком 11 крутящего момента; второй регулятор 251 предупреждения помпажа, который посредством вычисления расхода на входе регулирует степень V2 открытия второго перепускного клапана 43, чтобы исключить возникновение помпажа компрессора 5 высокого давления, второе выбирающее устройство 252, которое из двух управляющих сигналов на выходах регулятора 51 с обратной связью и регулятора 251 предупреждения помпажа выбирает тот сигнал, который соответствует большей степени V2 открытия второго перепускного клапана 43.
Как показано на фиг.10, второй регулятор 251 предупреждения помпажа вычисляет расход на входе в компрессор 5 высокого давления, исключающий возникновение помпажа компрессора 5 высокого давления, исходя из соотношения давлений, измеряемого датчиком 261, и уточненного числа оборотов N1, поступающего от вычислительного устройства 263, а затем на основании вычисленного расхода вычисляет степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 и выдает соответствующий управляющий сигнал.
Управляющий сигнал с выхода второго регулятора 251 предупреждения помпажа поступает на вход второго выбирающего устройства 252.
Здесь расход, исключающий помпаж, вычисляют прибавлением заданного запаса к расходу, при котором в компрессоре 5 высокого давления возникает помпаж. Таким образом, вычисленная степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 - это степень открытия, при которой к расходу рабочей среды, поступающей в компрессор 5 высокого давления, добавляется вышеуказанный запас.
Как показано на фиг.10, из двух управляющих сигналов, поступающих от регулятора с обратной связью 51, и второго регулятора 251 предупреждения помпажа, второе выбирающее устройство 252 выбирает тот сигнал, который соответствует большей степени V2 открытия второго перепускного клапана 43.
Выбранный управляющий сигнал поступает из второго управляющего устройства 252 на второй перепускной клапан 43.
Далее поясняется способ управления пуском энергетической установки 201, применяемый в настоящем варианте реализации заявленного изобретения.
При этом, хотя в ходе процедуры пуска регулятор 51 с обратной связью и второй регулятор 251 предупреждения помпажа соответственно выдают управляющий сигнал на основании вычисленной степени открытия второго перепускного клапана 43, работа регулятора 51 с обратной связью не отличается от работы аналогичного устройства согласно первому варианту, поэтому она здесь не поясняется.
Кроме того, энергетическая установка 201 вырабатывает электроэнергию аналогично энергетической установке согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, поэтому соответствующее пояснение опускается.
На фиг.11 показана блок-схема, поясняющая управление при пуске энергетической установки, представленной на фиг.10.
Как показано на фиг.11, при пуске энергетической установки 201 вычисление расхода через байпас с помощью регулятора 51 с обратной связью и вычисление степени V2 открытия второго перепускного клапана 43 (первый вычислительный этап S21), а также вычисление расхода через байпас с помощью второго регулятора 251 предупреждения помпажа и вычисление степени V2 открытия второго перепускного клапана 43 (второй вычислительный этап S22) выполняются независимо друг от друга.
Как показано на фиг.10, на вход второго регулятора 251 предупреждения помпажа, входящего в управляющее устройство 250, от второго датчика 261 давления поступает соотношение давлений рабочей среды на входе и выходе компрессора 5 высокого давления, а от вычислительного устройства 263 поступает уточненное число оборотов N1.
Второй регулятор 251 предупреждения помпажа вычисляет расход на входе в компрессор 5 высокого давления, исключающий возникновение помпажа компрессора 5 высокого давления, на основании подаваемых на его вход соотношения давлений и уточненного числа оборотов N1. Второй регулятор 251 предупреждения помпажа вычисляет расход, исключающий возникновение помпажа, с помощью таблицы или подобного ей, заранее записанной во втором регуляторе 251 предупреждения помпажа.
Затем второй блок 251 предупреждения помпажа на основании вычисленного расхода вычисляет степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 и выдает соответствующий управляющий сигнал на второе выбирающее устройство 252.
Как показано на фиг.10, на вход второго выбирающего устройства 252 от второго блока 251 предупреждения помпажа и от регулятора 51 с обратной связью поступают управляющие сигналы, определяющие степень V2 открытия второго перепускного клапана 43.
Второе выбирающее устройство 252 выбирает из них тот, который соответствует большей степени V2 открытия второго перепускного клапана 43, и выдает выбранный управляющий сигнал на второй перепускной клапан 43 (этап S23 выбора).
Степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 регулируется в соответствии с поступившим управляющим сигналом, в результате чего происходит регулирование расхода через второй байпас 32 (этап S24 регулирования расхода через байпас).
В соответствии с вышеописанной компоновкой, выбирая большую из двух величин расхода рабочей среды, вычисляемых из условия регулирования крутящего момента на редукторе 6 до заданного значения -Q крутящего момента и из условия предотвращения помпажа компрессора 5 высокого давления, регулируют расход рабочей среды, перепускаемой через байпас, сообразно выбранной величине, что позволяет предотвратить не только падение крутящего момента на редукторе 6 ниже заданного значения -Q, но и возникновение помпажа компрессора 5 высокого давления.
В частности, даже если возникнет ситуация, когда компрессор 5 высокого давления подвергается риску возникновения помпажа в результате какого-либо сбоя, возникновение помпажа можно предотвратить.
Четвертый вариант
Ниже раскрывается четвертый вариант реализации настоящего изобретения со ссылками на фиг.12-14.
Хотя состав энергетической установки для данного варианта реализации заявленного изобретения, в основном, не отличается от раскрытого выше применительно к третьему варианту, данный вариант отличается от первого способом управления первым перепускным клапаном. Поэтому для данного варианта реализации поясняется со ссылками на фиг.12-14 только способ управления первым перепускным клапаном, а описание прочих элементов опускается.
На фиг.12 схематически показана энергетическая установка согласно данному варианту реализации настоящего изобретения. На фиг.13 представлена блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, показанной на фиг.12.
Элементы установки, аналогичные элементам из третьего варианта реализации заявленного изобретения, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опускается.
Как показано на фиг.12 и фиг.13, энергетическая установка 301 согласно настоящему варианту реализации заявленного изобретения дополнительно оснащена первым датчиком 361 давления, измеряющим соотношение давлений на входе и выходе компрессора 4 низкого давления.
Как показано на фиг.12, первый датчик 361 давления измеряет соотношение давлений на входе и выходе компрессора 4 низкого давления. Как показано на фиг.13, измеренное датчиком 361 соотношение давлений поступает на вход первого регулятора 351 предупреждения помпажа, входящего в управляющее устройство 350.
Далее, как показано на фиг.12, управляющее устройство 350 энергетической установки 301 согласно настоящему варианту реализации включает в себя:
программный регулятор 151 для управления степенью V1 открытия первого перепускного клапана 36 на основании крутящего момента, измеренного датчиком 11, первый регулятор 351 предупреждения помпажа, управляющий степенью V1 открытия первого перепускного клапана 36 с помощью вычисления расхода, исключающего помпаж компрессора 4 низкого давления, первое выбирающее устройство 352, которое выбирает из двух управляющих сигналов на выходах устройств 151, 351 управляющий сигнал, соответствующий большей степени V1 открытия первого перепускного клапана.
Как показано на фиг.12, первый регулятор 351 предупреждения помпажа вычисляет исключающую возникновение помпажа величину расхода на входе в компрессор 4 низкого давления, исходя из соотношения давлений, полученного от первого датчика 361 соотношения давлений, и уточненного числа оборотов N1, полученного от вычислительного устройства 263, а затем на основании вычисленного расхода на входе вычисляет степень V1 открытия первого перепускного клапана 36 и выдает управляющий сигнал для регулирования степени открытия.
Управляющий сигнал с выхода первого регулятора 351 предупреждения помпажа поступает на вход первого выбирающего устройства 352.
Здесь расход, исключающий помпаж, вычисляют прибавлением заданного запаса к такому расходу, при котором возникает помпаж в компрессоре 4 низкого давления. Таким образом, вычисленная степень V1 открытия первого перепускного клапана 36 - это степень открытия, при которой расход рабочей среды, поступающей в компрессор 4 низкого давления, повышается на величину указанного запаса.
Как показано на фиг.12, первое выбирающее устройство 352 из двух управляющих сигналов, поступающих от программного регулятора 151 и первого регулятора 351 предупреждения помпажа, выбирает тот, который соответствует большему углу V1 открытия первого перепускного клапана 36.
Выбранный первым выбирающим устройством 352 управляющий сигнал поступает на первый перепускной клапан 36.
Ниже поясняется управление пуском энергетической установки 301, применяемое в настоящем варианте реализации заявленного изобретения.
При пуске энергетической установки 301, как и в третьем варианте реализации, на вход второго выбирающего устройства 252 от регулятора 51 с обратной связью и от второго регулятора 251 предупреждения помпажа поступают сигналы, управляющие степенью V2 открытия второго перепускного клапана 43, а выбранный вторым выбирающим устройством 252 управляющий сигнал поступает на второй перепускной клапан 43.
На фиг.14 показана блок-схема, поясняющая регулирование при пуске энергетической установки, представленной на фиг.12.
Одновременно с регулированием степени открытия второго перепускного клапана 43, как показано на фиг.14, независимо друг от друга вычисляют расход через байпас с помощью программного регулятора 151 с последующим вычислением степени открытия первого перепускного клапана 36 (первый вычислительный этап S31), а также вычисляют расход через байпас с помощью первого регулятора 351 предупреждения помпажа с последующим вычислением степени открытия первого перепускного клапана 36 (второй вычислительный этап S32).
На фиг.13 показано, что на вход первого регулятора 351 предупреждения помпажа, входящего в управляющее устройство 350, от первого датчика 361 давления поступает соотношение давлений рабочей среды на входе и выходе компрессора 4 низкого давления, а от вычислительного устройства 263 поступает уточненное число оборотов N1.
Первый регулятор 351 предупреждения помпажа вычисляет расход, исключающий возникновение помпажа на входе в компрессор 4 низкого давления, исходя из полученных соотношений давлений и уточненного числа оборотов N1. Первый регулятор 351 предупреждения помпажа вычисляет расход, исключающий возникновение помпажа, на основании таблицы или подобного ей, заранее записанной в первом регуляторе 351 предупреждения помпажа.
Затем первый регулятор 351 предупреждения помпажа на основании вычисленного расхода на входе вычисляет степень V1 открытия первого перепускного клапана 36 и выдает соответствующий управляющий сигнал на первое выбирающее устройство 352.
Как показано на фиг.13, на вход первого выбирающего устройства 352 от первого регулятора 351 предупреждения помпажа и от программного регулятора 151 поступают управляющие сигналы, задающие степень V1 открытия первого перепускного клапана 36,.
Первое выбирающее устройство 352 выбирает из управляющих сигналов тот, который соответствует большей степени V1 открытия первого перепускного клапана 36, и выдает его на первый перепускной клапан 36 (этап S33 выбора).
Степень V1 открытия первого перепускного клапана 36 регулируется на основании полученного управляющего сигнала, в результате чего происходит регулирование расхода рабочей среды через первый байпас 31 (этап S34 регулирования расхода через байпас).
Таким образом, выбирая большую из двух величин расхода рабочей среды через байпас, вычисляемых на основании периода времени, прошедшего с момента начала разгона компрессора 4 низкого давления или подобного ему и из условия предупреждения помпажа компрессора 4 низкого давления, регулируют расход рабочей среды через байпас согласно выбранной величине, что позволяет предотвратить не только падение крутящего момента на редукторе 6 ниже заданного крутящего момента -Q, но и возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.
В частности, помпаж компрессора 4 можно предотвратить, даже если возникла ситуация, в которой помпаж может легко возникнуть в результате какого-либо сбоя.
Правовая охрана настоящего изобретения не ограничивается вышеописанными вариантами реализации, но охватывает модификации, не изменяющие существо настоящего изобретения.
Например, хотя пояснения для вышеописанных вариантов реализации давались исходя из того, что регулятор 51 с обратной связью регулирует степень открытия второго перепускного клапана 43, а программный регулятор 151 регулирует степень открытия первого перепускного клапана 36, можно наоборот возложить управление степенью открытия первого перепускного клапана 36 на регулятор 51 с обратной связью, а степенью открытия второго перепускного клапана 43 - на программный регулятор 151, без каких-либо ограничений для настоящего изобретения.