СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ВАЛОВ
METHOD OF CONNECTING TWO SHAFTS

При вращении валопровода с лопаточными машинами, например в электростанции, могут возбуждаться его колебания. Однако колебания валопровода являются недостатком, поскольку они сокращают срок его службы.
Валопровод может быть разделен муфтой на отдельные валы, причем они в разъединенном состоянии могут вращаться независимо друг от друга, а в соединенном состоянии – вращаться вместе. Например, один вал может содержать газовую турбину, отходящим теплом которой приводится паровая турбина другого вала. При запуске газовой турбины в распоряжении еще недостаточно отходящего тепла для привода паровой турбины. Чтобы предотвратить вентиляцию внутри паровой турбины, обычно оба вала соединяются между собой только тогда, когда вал с паровой турбиной был ускорен до частоты вращения вала с газовой турбиной. Точно так же, например, в паровой/тепловой электростанции два вала с паровой турбиной каждая могут соединяться и разъединяться посредством муфты. При отборе большого количества пара для теплоотдачи паровой/тепловой электростанции валы можно разъединить, так что не требуется протекания пара через одну из обеих паровых турбин.
Оказалось, что колебательная характеристика валопровода зависит от угла соединения обоих валов. Обычно оба вала многократно разъединяются и соединяются, пока не установится нужный целевой угол соединения с небольшой колебательной нагрузкой. При этом, однако, нужный целевой угол соединения достигается лишь случайно, и то лишь с небольшой точностью.
Объективной технической задачей является создание способа соединения двух валов, который позволил бы достичь нужного целевого угла соединения обоих валов надежно и с высокой точностью.
Предложенный способ соединения первого вала, содержащего первую лопаточную машину и подключенный к электросети генератор, со вторым валом, содержащим вторую лопаточную машину, посредством обгонной муфты, включает в себя следующие этапы: а) вращение второго вала с исходной частотой вращения, которая ниже частоты вращения первого вала; б) измерение частоты электросети; в) измерение разностного угла между первым и вторым валами; г) ускорение второго вала со значением ускорения, возникающим с привлечением измеренного на этапе б) частоты сети, разностного угла и исходной частоты вращения, так что обгонная муфта соединяет между собой оба вала при заданном целевом угле соединения.
Посредством обгонной муфты соединение обоих валов происходит тогда, когда второй вал на этапе г) ускоряется до частот вращения, которые выше частоты вращения первого вала. Предложенным способом можно достичь заданного целевого угла соединения предпочтительно надежно и с высокой точностью. При этом целевой угол соединения задается таким образом, чтобы колебания при работе соединенных валов были минимальными. Для этого, например, колебания определяются расчетным путем для различных целевых углов соединения, в частности посредством метода конечных элементов, а затем выбирается целевой угол соединения, при котором возникает минимальная нагрузка по напряжению обоих соединенных валов. Точно так же можно определить колебания при различных целевых углах соединения экспериментальным путем и выбрать из экспериментальных данных тот целевой угол соединения, при котором возникает минимальная нагрузка по напряжению.
Предпочтительно способ включает в себя следующие этапы: д) измерение новой частоты сети во время ускорения второго вала; е) в случае, если новая частота сети отличается от измеренной на этапе б) частоты сети, ускорение второго вала с измененным значением ускорения, которое возникает с привлечением новой частоты сети. Этим можно предпочтительно компенсировать колебания частоты сети и, тем самым, колебания частоты вращения первого вала, возникающие во время соединения обоих валов, благодаря чему заданного целевого угла соединения можно достичь с особенно высокой точностью. Для определения измененного значения ускорения можно дополнительно к новой частоте сети привлечь частоту вращения второго вала и новый разностный угол, имеющиеся в момент измерения новой частоты сети. Для частоты вращения второго вала можно использовать, например, измеренную частоту вращения или заданное значение регулятора частоты вращения второго вала. Предпочтительно, что способ включает в себя этап ж), по меньшей мере, однократного повторения этапов д) и е), в частности непрерывного повторения этапов д) и е). За счет этого можно дополнительно повысить точность, с которой достигается заданный целевой угол соединения.
Предпочтительно, что частота сети измеряется электрически и/или путем измерения частоты вращения первого вала. Особенно электрическое измерение представляет собой простой способ измерения частоты сети.
Способ включает в себя предпочтительно следующие этапы: б1) образование разности между частотой сети и заданной частотой сети; в1) определение исходного значения ускорения с привлечением разностного угла, исходной частоты вращения и заданной частоты сети; причем на этапе г) значение ускорения определяется с привлечением исходного значения ускорения и разности. Благодаря этим этапам способа исходное значение ускорения рассчитывается на тот случай, если частота сети не отличается от заданной частоты сети. Образовав разность, можно особенно легко обнаружить отклонения частоты сети от заданной частоты сети. Отклонения можно корректировать с привлечением разности, что предпочтительно представляет собой простой и малозатратный способ.
В качестве альтернативы предпочтительно, что этап г) осуществляется, как только измеренный на этапе в) разностный угол станет равен заданному разностному углу. Таким образом, второй вал сохраняет исходную частоту вращения до тех пор, пока не установится заданный разностный угол. Предпочтительно затем осуществляются следующие этапы способа: б1) образование разности между частотой сети и заданной частотой сети; в1) определение исходного значения ускорения с привлечением заданного разностного угла, исходной частоты вращения и заданной частоты сети, причем на этапе г) значение ускорения определяется с привлечением исходного значения ускорения и разности. Поскольку исходное значение ускорения рассчитывается для заданного разностного угла только однократно, это представляет собой особенно простой в отношении расчетов способ.
Предпочтительно, что исходная частота вращения и значение ускорения в качестве заданных значений задаются в регулятор частоты вращения второго вала. Предпочтительно, что первой лопаточной машиной является газовая турбина, а второй лопаточной машиной – паровая турбина. В качестве альтернативы предпочтительно, что первой и второй лопаточными машинами являются паровые турбины.
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемого схематичного чертежа, на котором изображена схема осуществления способа.
Согласно изобретению первый вал, содержащий первую лопаточную машину и подключенный к электросети генератор, соединяется со вторым валом, содержащим вторую лопаточную машину. Для соединения используется обгонная муфта, соединяющая между собой оба вала, когда второй вал ускоряется до частот вращения, которая выше частоты вращения первого вала. Например, первой лопаточной машиной может быть газовая турбина, а второй лопаточной машиной – паровая турбина. В другом примере первой и второй лопаточными машинами могут быть паровые турбины. Точно так же возможно, чтобы первый и/или второй вал содержал несколько лопаточных машин.
Для иллюстрации способа на чертеже изображена схема 1 его осуществления. Прежде всего, второй вал вращают с выходной частотой вращения, которая ниже частоты вращения первого вала. Выходная частота может быть примерно на 0,5-1,5 Гц, в частности на 0,9-1,1 Гц, ниже заданной частоты сети. Благодаря этому даже в случае возникающих типичным образом колебаний частоты вращения первого вала второй вал при исходной частоте вращения медленнее первого вала. Заданная частота 3 сети составляет, например, 50 или 60 Гц. Исходная частота вращения может в качестве заданного значения вводиться в регулятор 9 частоты вращения второго вала.
Как видно на чертеже, измеряется частота 2 сети. Это может осуществляться электрически или путем измерения частоты вращения первого вала. Затем образуется разность 4 между частотой 2 сети и заданной частотой 3 сети. Разность 4 обрабатывается дальше на этапе 5 обработки. Например, может осуществляться шкалирование, сдвиговое смещение или интегрирование разности.
Кроме того, определяется исходное значение 6 ускорения, которое возникает с привлечением исходной частоты вращения и заданной частоты сети. С привлечением исходного значения 6 ускорения рассчитывается заданное значение частоты вращения. Для определения заданного значения частоты вращения используется продолжительность момента запуска ускорения. Чтобы обнаружить подходящий момент запуска ускорения второго вала, его исходная частота вращения может поддерживаться до тех пор, пока разностный угол не будет равен заданному разностному углу. В этом случае для определения исходного значения 6 ускорения привлекается также заданный разностный угол. В качестве альтернативы второй вал может быть ускорен в любой момент запуска ускорения. В этом случае для определения исходного значения 6 ускорения привлекается также измеренный в любой момент разностный угол.
Исходное значение 6 ускорения может определяться, например, экспериментальным путем. Для этого с разрешением по времени могут быть измерены охватываемый в процессе соединения угол между первым и вторым валами, а также частота сети. По возникающим в процессе соединения отклонениям частоты сети от заданной частоты сети и по охватываемому углу можно сделать вывод об исходном значении 6 ускорения.
Заданное значение частоты вращения корректируется на этапе 7 корректировки с обработанной на этапе 5 обработки разностью, в результате чего возникает корректированное заданное значение 8 частоты вращения. Например, на этапе 5 обработки разность может быть умножена на коэффициент 1, а на этапе 7 корректировки разность может быть суммирована с заданным значением частоты вращения, в результате чего возникает корректированное заданное значение 8 частоты вращения. Это может осуществляться, например, непрерывно. Корректированное заданное значение 8 частоты вращения в качестве заданного значения вводится в регулятор 9 частоты вращения второго вала, так что второй вал ускоряется, и оба вала соединяются между собой.
Во время ускорения второго вала можно измерять новую частоту сети. В случае если новая частота сети отличается от измеренной до этого частоты сети, второй вал ускоряется с измененным значением ускорения, возникающим с привлечением новой частоты сети. Затем привлекаются частота вращения второго вала и новый разностный угол, которые имеют место в тот момент, когда измеряется новая частота сети. Для частоты вращения может быть привлечена заданная частота вращения из регулятора частоты вращения или измеренная частота вращения. Кроме того, это можно осуществлять при ускорении второго вала многократно или непрерывно.
Хотя изобретение было подробно описано на предпочтительном примере его осуществления, оно не ограничено им, и специалист может вывести из него другие варианты, не выходя за объем охраны изобретения.