METHOD TO CONTROL GAS TURBINE ENGINE WITH FREE TURBINE FOR POWER PLANTS OF LOW AND MEDIUM CAPACITY
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ СО СВОБОДНОЙ ТУРБИНОЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС) малой и средней мощности.
Известен способ ручного управления ГТД: Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем, Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34.
Недостатком известного способа является его низкая эффективность.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электростанций малой и средней мощности, путем изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения вала свободной турбины, патент РФ №2374473.
Недостатком известных способов является большое время восстановления номинальной частоты вращения свободной турбины в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности. После окончания переходного процесса, связанного с уменьшением нагрузки, в течение длительного времени продолжается процесс, связанный с восстановлением номинального заданного значения частоты вращения свободной турбины. Это снижает надежность работы ГТЭС.
Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет уменьшения времени восстановления номинальной частоты вращения свободной турбины при отключении электростанции от сети неограниченной мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электрических станций малой и средней мощности путем изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения вала свободной турбины, дополнительно в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности выполняют сброс заданного значения частоты вращения свободной турбины, полученного при наборе нагрузки в сети неограниченной мощности, до номинального значения.
На чертеже показана схема устройства, реализующего заявляемый способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электрических станций малой и средней мощности. Устройство содержит задатчик 1 номинальной частоты вращения свободной турбины, последовательно соединенные интегратор 2 команд «Увеличить частоту», «Уменьшить частоту», ключ 3, сумматор 4, последовательно соединенные датчик 5 частоты вращения свободной турбины, блок 6 вычитания, регулятор 7, управляющий расходом топлива в газотурбинный двигатель 8, датчик 5 подключен к ротору двигателя 8, выход ключа 3 подключен к сумматору 4, на второй вход сумматора 4 подключен задатчик 1.
Устройство работает следующим образом. До подключения электростанции к сети неограниченной мощности ключ 3 разомкнут, на блок вычитания 6 подается сигнал от задатчика 1 номинальной частоты вращения и сигнал от датчика 5 частоты вращения свободной турбины, регулятор топлива 7 изменяет расход топлива в газотурбинный двигатель 8, обеспечивая равенство частоты вращения свободной турбины ее номинальному значению при любом изменении автономной нагрузки электростанции.
Перед подключением электростанции к сети неограниченной мощности ключ 3 замыкают и подачей команд «Увеличить частоту», «Уменьшить частоту» на интегратор 2 смещают в сумматоре 4 номинальное значение заданной частоты вращения свободной турбины, чтобы частота электростанции синхронизировалась с частотой сети. После включения электростанции в сеть командами «Увеличить частоту» через интегратор 2 снова смещают в сумматоре 4 номинальное значение заданной частоты вращения свободной турбины, теперь уже однозначно вверх, чтобы заданная частота свободной турбины превышала фактическую частоту вращения свободной турбины, которую удерживает сеть неограниченной мощности. Это делают до тех пор, пока мощность, отдаваемая в сеть неограниченной мощности, не достигнет желаемой величины. (Повышение заданного значения частоты вращения свободной турбины при постоянной частоте сети неограниченной мощности разворачивает вектор ЭДС электростанции относительно вектора напряжения сети, благодаря чему и набирается нагрузка).
При отключении от сети неограниченной мощности следует разомкнуть ключ 3, и тогда заданное значение частоты вращения свободной турбины не будет смещенным относительно номинального значения, и свободная турбина, уже не удерживаемая сетью неограниченной мощности, после того как регулятор уменьшит расход топлива до величины, которая нужна для обеспечения автономной нагрузки, вернется к номинальной частоте вращения. Введение ключа 3, который будет размыкаться автоматически при отключении от сети неограниченной мощности, позволит обеспечить более быстрое снижение частоты вращения свободной турбины до номинальной, чем это может быть сделано подачей команд «Уменьшить частоту» на интегратор 2 от АСУ или от оператора.
Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ за счет того, что в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности выполняется сброс заданного значения частоты вращения свободной турбины, полученного при наборе нагрузки в сети неограниченной мощности по командам «Увеличить частоту» от АСУ или оператора, до номинального значения. Это повышает надежность работы ГТЭС.