ТРЕХКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ТУРБОАГРЕГАТА
THREE-CHANNEL PROTECTION SYSTEM OF TURBINE UNIT

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации процесса защиты турбомашин от недопустимого повышения частоты вращения ротора.
Известна многоканальная система защиты турбоагрегата, каждый канал которой содержит датчик частоты вращения и формирователь сигнала защиты, источник тестового сигнала и переключатель поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты, а также логическую схему голосования подключения выходов каналов защиты к электромагнитному исполнительному золотнику [А.С. СССР 1257246, кл. A01D 21/02. Многоканальная система защиты агрегата].
Недостатком известной системы защиты является пониженная надежность при отказе или ложном срабатывании электромагнитного исполнительного золотника защиты, а также невозможность его проверки при тестировании без останова турбоагрегата.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является трехканальная система защиты турбоагрегата, содержащая зубчатое колесо, три каналов защиты, каждый из которых включает в себя датчик частоты вращения и формирователь сигнала защиты; источник тестового сигнала и переключатель поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты; трехканальный блок электромагнитных золотников защиты, каждый электромагнитный золотник которого содержит по дроссельной шайбе, соленоидному клапану и гидравлическому золотнику; при этом вход каждого соленоидного клапана соединен с выходом соответствующего формирователя сигнала защиты, выход каждого соленоидного клапана соединен с входом гидравлического золотника, а выходы гидравлических золотников совместно формируют общий выход блока электромагнитных золотников защиты по логической схеме голосования «2 из 3», соединенный с линией защиты турбоагрегата и линией слива рабочей жидкости в бак. [Патент РФ 2272153, кл. F01D 21/02. Система защиты турбоагрегата].
Недостатками известной трехканальной системы защиты являются пониженные надежность и качество работы. Известно, что в представленной системе защиты рабочая жидкость в линию защиты подводится через дроссельную шайбу из линии подвода рабочей жидкости от силового насоса. При срабатывании защиты давление рабочей жидкости в линии защиты снижается до значения, определяемого балансом подвода рабочей жидкости в линию защиты через указанную дроссельную шайбу и слива ее через блок электромагнитных золотников защиты. При штатной работе, когда все три золотника блока электромагнитных золотников срабатывают (опускаются на нижние упоры), слив рабочей жидкости из линии защиты турбоагрегата происходит параллельно по трем линиям, что приводит с максимальному снижению давления в линии защиты турбоагрегата до уровня, при котором автозатвор закрывает стопорный клапан турбоагрегата и, соответственно, доступ пара в турбоагрегат. При отказе одного из каналов блока электромагнитных золотников (срабатывают только два любых золотника) слив рабочей жидкости через блок электромагнитных клапанов защиты происходит только по одной из трех линий, что приводит к повышенному остаточному давлению в линии защиты турбоагрегата по сравнению со штатной работой и может приводить к неполному закрытию стопорного клапана турбоагрегата. Указанное обстоятельство снижает надежность и качество работы системы защиты турбоагрегата в целом и может послужить причиной возникновения аварии турбоагрегата.
Предлагаемая трехканальная система защиты турбоагрегата позволяет обеспечить максимально возможное снижение давления рабочей жидкости в линии защиты (до нулевого значения) как при штатной работе (работают все каналы системы защиты), так и при отказе одного из каналов (работают любые два канала). Для этого общий выход блока электромагнитных золотников дополнительно соединен с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой трехканальной системы защиты турбоагрегата от разгона, на фиг.2 представлен один из возможных вариантов конструктивного исполнения блока электромагнитных золотников защиты для реализации логической схемы голосования «2 из 3».
Система защиты, изображенная на фиг.1, содержит зубчатое колесо 8, три канала 1, 2, 3 защиты, каждый из которых включает в себя датчик 1.1, 2.1, 3.1 частоты вращения и формирователь 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты; источник тестового сигнала 7 и переключатель 6 поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты, а также блок электромагнитных золотников защиты 4 (БЭМЗЗ), имеющий в своем составе три электромагнитных золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3. Каждый электромагнитный золотник защиты содержит соленоидный клапан (4.1.1, 4.2.1, 4.3.1) и гидравлический золотник (4.1.2, 4.2.2, 4.3.2) соответственно, причем вход каждого соленоидного клапана соединен с выходом соответствующего формирователя сигнала защиты, вход каждого гидравлического золотника соединен с выходом соответствующего соленоидного клапана, а выходы всех гидравлических золотников совместно (конструктивно) образуют общий выход 5-5 БЭМЗЗ по схеме голосования «2 из 3», соединенный с линией защиты турбоагрегата, линией слива рабочей жидкости в бак и линией подвода рабочей жидкости от силового насоса.
БЭМЗЗ, изображенный на фиг.2, содержит три электромагнитных золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3., каждый из которых содержит по дроссельной шайбе Ш, соленоидному клапану 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 и гидравлическому золотнику 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно. Гидравлические золотники 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 выполнены дифференциальными, их верхние камеры 15 соединены непосредственно с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса для управления золотниками. Нижние (импульсные) камеры 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соединены с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса через дроссельные шайбы Ш соответственно. Импульсные камеры 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соединены также с соленоидными клапанами 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 соответственно. Входы соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 соединены с выходами формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты. Общим выходом БЭМЗЗ является канал 5-5 подвода рабочей жидкости в линию защиты турбоагрегата и слива рабочей жидкости из линии защиты в бак. Внутри БЭМЗЗ канал 5-5 состоит из трех каналов 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 подвода рабочей жидкости от насоса в линию защиты и трех каналов 12-12-12-12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 слива рабочей жидкости из линии защиты в бак, причем во взведенном (верхнем) положении золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 все три канала 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 открыты (рабочая жидкость в каждом из каналов 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 проходит по открытым внутренним расточкам двух золотников, третий золотник обводится наружной кольцевой расточкой), а каждый из каналов 12-12-12-12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 закрыт отсекающими поясками двух из трех золотников (канал 12-12-12-12 поясками золотников 4.2.2, 4.3.2; канал 13-13-13-13 поясками золотников 4.1.2, 4.3.2; канал 14-14-14-14 поясками золотников 4.1.2, 4.2.2), третий золотник в каждом из сливных каналов обводится наружной кольцевой расточкой.
Система, изображенная на фиг.1, работает следующим образом. При вращении зубчатого колеса 8 (фиг.1) датчики частоты вращения 1.1, 2.1, 3.1 воспринимают сигнал текущего значения частоты вращения путем считывания последовательности зубцов и впадин зубчатого колеса 8. Сигналы по частоте вращения поступают на входы формирователей сигнала защиты 1.2, 2.2, 3.2. При частоте вращения, не превышающей установленного граничного значения на выходах формирователей сигнала защиты 1.2, 2.2, 3.2, не вырабатывается дискретный сигнал защиты, при этом электромагнитные золотники защиты 4.1, 4.2, 4.3 находятся в рабочем (взведенном) состоянии, в котором их общий выход 5-5 соединяет линию подвода рабочей жидкости от силового насоса с линией защиты турбоагрегата и отсекает линию защиты турбоагрегата от линии слива рабочей жидкости в маслобак. При частоте вращения, превышающей установленное граничное значение, на выходах формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты вырабатываются дискретные сигналы защиты, которые поступают на входы электромагнитных золотников защиты 4.1, 4.2, 4.3, а именно на входы соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.2, 4.3.1 соответственно. Сигналы с выходов соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.2, 4.3.1 поступают на входы гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно, которые при этом перемещаются из рабочего положения в сработанное. При этом общий выход 5 электромагнитных золотников защиты 4.1, 4.2, 4.3 отсекает линию подвода рабочей жидкости от силового насоса от линии защиты турбоагрегата и соединяет линию защиты турбоагрегата с линией слива рабочей жидкости в бак.
БЭМЗЗ, изображенный на фиг.2, работает следующим образом. При подаче на соленоидные клапаны 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 сигналов от формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигналов защиты соответственно соленоидные клапаны 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 открывают слив масла из импульсных камер 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно. Давление масла в импульсных камерах 16 падает, что приводит к перемещению гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 на нижние упоры под действием давления масла в камерах 15. Для срабатывания защиты достаточно перемещения на нижние упоры любых двух гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 из трех, в этом случае общий выход БЭМЗЗ (канал 5-5) отсекает линию подвода рабочей жидкости от линии защиты турбины и соединяет линию защиты турбоагрегата с линией слива рабочей жидкости в бак. Давление рабочей жидкости в линии защиты падает до нуля. При этом в соответствие с общепринятыми правилами проектирования систем защиты турбоагрегатов закрываются все стопорные и защитные клапаны турбины (не показаны) и турбоагрегат останавливается. Срабатывание одного электромагнитного золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3 из трех в результате появления сигнала защиты на выходе одного из формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты не приводит к останову турбоагрегата.
Такая конструкция БЭМЗЗ позволяет обеспечить надежную работу системы защиты в целом при появлении в любом из каналов (в любом его элементе) ложного сигнала срабатывания защиты. Это позволяет также осуществлять периодическое опробование любого из трех каналов на работающем турбоагрегате без его останова. Для этого соединяют источник тестового сигнала 7 через переключатель 6 с датчиком соответствующего канала, что приводит к срабатыванию всех элементов канала, включая и соответствующий электромагнитный золотник защиты, но не приводит к останову турбоагрегата. Таким образом может быть осуществлено последовательное опробование всех трех каналов защиты.
Полное прекращение подвода рабочей жидкости в линию защиты турбоагрегата от силового насоса происходит как при штатной работе БЭМЗЗ (сработали все три канала), так и при отказе любого одного канала (любого одного элемента в канале, в результате которого один из гидравлических золотников не срабатывает): два других гидравлических золотника перекрывают подвод рабочей жидкости от насоса в линию защиты турбоагрегата и они же соединяют линию защиты турбоагрегата со сливом в бак. Тем самым повышаются качество и надежность работы системы защиты турбоагрегата в целом.