Гидросистема управления клапанами паровой турбины
CONTROL HYDRAULIC SYSTEM OF STEAM TURBINE VALVES

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при регулировании и защите судовых паровых турбин.
Известна гидросистема управления клапанами паровой турбины, содержащая бак для масла, масляный насос, напорную, сливную и исполнительную магистрали, запирающий и регулирующий вентили с гидроприводами в магистрали подачи пара к турбине, узел защиты и управления, связанный с напорной магистралью и баком, отличающаяся тем, что напорная магистраль выполнена в виде основного трубопровода и соединенного с ним параллельного дополнительного трубопровода, содержащего запорный вентиль, при этом узел защиты и управления соединен с основным и дополнительным трубопроводами. Гидроприводы запирающего и регулирующего вентилей в магистрали подачи пара к турбине снабжены усилителями слива масла, соединенными с основным трубопроводом напорной магистрали, при этом усилитель гидропривода регулирующего вентиля дополнительно соединен с основным трубопроводом гидролинией с электрогидравлическим преобразователем (1).
Известна наиболее близкая по технической сущности к заявляемой гидросистема управления клапанами паровой турбины, которая содержит бак, маслоохладитель, насос, аккумулятор, сервомоторы паровых клапанов, имеющие встроенные пружины, предназначенные для закрытия клапанов при потере масла из гидроцилиндров сервомоторов (2).
Для исключения в известной гидросистеме недопустимого повышения давления при остановке сервомоторов в гидросистеме имеются предохранительные редукционные клапана, а для сглаживания пульсаций давления имеются аккумуляторы пружинного или пневматического типа.
Подача масла осуществляется от двух электронасосов, один из которых является основным, другой - резервным, включаемым автоматически по сигналу из системы контроля давления за работающим насосом.
Для поддержания давления в системе при аварийном переключении с насоса на насос предусмотрен аккумулятор. При остановке обоих насосов на время, превышающее заранее заданное, давление в гидросистеме снижается и пружины, установленные в сервомоторах, закрывают отсечной и регулирующий клапана турбины.
Недостатком известной гидросистемы управления клапанами паровой турбины является недостаточная надежность вследствие того, что исполнительные гидроцилиндры стопорного и регулирующего клапана турбины запитаны от общей гидролинии, что при снижении давления в гидролинии приводит к закрытию обоих клапанов и аварийному выводу турбины из эксплуатационного режима.
Целью изобретения является повышение надежности гидросистемы управления клапанами паровой турбины.
Поставленная цель достигается тем, что в известной гидросистеме управления клапанами паровой турбины, состоящей из гидростанции с дублированными гидронасосами переменной и постоянной производительности, гидроаккумуляторами, а также включающей исполнительный гидроцилиндр регулирующего клапана, связанный с системой регулирования турбины с подсистемой контроля исправности системы регулирования, и исполнительный гидроцилиндр быстрозапорного клапана, связанного с системой защиты турбины, согласно изобретению, гидросистема выполнена с двумя гидравлическими каналами - регулирования и защиты, причем гидронасосы переменной производительности входят в состав канала регулирования и через систему регулирования подключены к гидроцилиндру регулирующего клапана, а гидронасосы постоянной производительности входят в состав канала защиты и подключены через систему защиты к гидроцилиндру быстрозапорного клапана.
Кроме того, в гидравлический канал исполнительного гидроцилиндра быстрозапорного клапана защиты турбины включен охладитель гидравлической среды.
В гидравлический канал регулирования на входе в исполнительный гидроцилиндр регулирующего клапана турбины введен электроклапан, управляющий вход которого связан с подсистемой контроля исправности системы регулирования.
На фиг. 1 показана заявляемая гидросистема управления клапанами паровой турбины 1, состоящая из гидростанции 2 с дублированными гидронасосами переменной 3 и постоянной 4 производительности, гидроаккумулятором 5 канала защиты и гидроаккумулятором 6 канала регулирования, а также включающая исполнительный гидроцилиндр 7 регулирующего клапана 8, связанный с системой 9 регулирования турбины с подсистемой 10 контроля исправности гидросистемы, и исполнительный гидроцилиндр 11 быстрозапорного клапана 12, связанного с системой 13 защиты турбины. Для описания принципа действия канала защиты в качестве насосов с постоянной производительностью на фиг. 1 показаны сдублированные шестеренные насосы 4 в комплекте с редукционным (предохранительным) клапаном 14.
Согласно изобретению, гидросистема выполнена с двумя гидравлическими каналами - регулирования и защиты, причем гидронасосы 3 переменной производительности входят в состав канала регулирования и подключены к гидроцилиндру 7 регулирующего клапана 8, связанному с системой регулирования 9 турбины 1, а гидронасосы 4 постоянной производительности входят в состав канала защиты и подключены к гидроцилиндру 11 быстрозапорного клапана 12, связанному с системой 13 защиты турбины 1.
Кроме того, в гидравлический канал защиты исполнительного гидроцилиндра 11 быстрозапорного клапана 12 защиты турбины включен охладитель 15 гидравлической среды.
Дополнительно в гидравлический канал регулирования на входе в исполнительный гидроцилиндр 7 регулирующего клапана 8 турбины 1 введен электроклапан 16, управляющий вход которого связан с подсистемой 10 контроля исправности системы регулирования 9.
Функционирование заявляемой гидросистемы управления клапанами паровой турбины происходит следующим образом.
Согласно изобретению, функции насосов каналов регулирования и защиты турбины разделены, т.к. задачи, решаемые каналом регулирования и каналом защиты гидросистемы разные и, в том числе - имеют разные приоритеты в алгоритмах функционирования при возникновении аварийных ситуаций, связанных с прекращением подачи рабочей среды в канал регулирования и канал защиты гидросистемы управления клапанами паровой турбины.
В нормальном эксплуатационном режиме турбины 1 в гидростанции 2 работает насос 3 (один из двух сдублированных) переменной производительности, например плунжерного типа, и насос 4 (один из двух сдублированных) постоянной производительности, например шестеренного типа с редукционным клапаном или насос центробежного типа (на фиг.1 показаны сдублированные насосы шестеренного типа 4 с редукционным - предохранительным клапаном 14).
Насос 4 постоянной производительности совместно с редукционным клапаном 14 в установившемся режиме поддерживает давление в гидроаккумуляторе 5 и, соответственно - в гидроцилиндре 11 быстрозапорного клапана 12, обеспечивая открытое состояние быстрозапорного клапана 12. В случае формирования в системе защиты 13 аварийного сигнала, по которому должна произойти остановка турбины 1, происходит быстрое опорожнение гидроцилиндра 11, быстрозапорный клапан 12 пружиной гидроцилиндра 11 закрывается и отсекает пар от регулирующего клапана 8 и турбины 1. При этом происходит аварийная остановка турбины 1.
Дублирование насосов 4 контура защиты обусловлено тем, что ложные срабатывания системы защиты, происходящие при остановке работающего насоса, весьма нежелательны, т.к. срывают эксплуатационные мощностные режимы турбины.
Насос 3 переменной производительности в установившемся режиме работает при управляющей шайбе (орган насоса, управляющий производительностью), находящейся в нейтрали при неизменном положении регулирующего клапана 8, соответствующем заданному мощностному режиму турбины. Производительность насоса 3 переменной производительность при этом минимальна и компенсирует только паразитные протечки в канале регулирования.
Рассмотрим теперь аварийные ситуации, связанные с остановкой насоса в канале регулирования и - с остановкой насоса в канале защиты.
Остановка насоса в канале регулирования.
При остановке насоса 3 в канале регулирования подсистема 10 контроля исправности системы регулирования 9 выдает сигнал на запуск резервного (второго из сдублированных насосов) насоса и одновременно выдает сигнал на электроклапан 16, который отсекает полость гидроцилиндра 7 регулирующего клапана 8 от гидролинии, связывающей гидроцилиндр 7 с гидролинией подачи гидропитания от одного из насосов 3 переменной производительности в канале регулирования гидросистемы, тем самым обеспечивая удержание регулирующего клапана турбины в состоянии, предшествовавшем потере давления при остановке одного из насосов 3, до момента запуска и выхода на стационарный режим резервного насоса. Гидроаккумулятор 6 в канале регулирования гидросистемы сглаживает колебания давления в гидролинии и минимизирует провалы давления в гидролинии после остановки отказавшего насоса 3 и запуске резервного. После восстановления давления система контроля 10 исправности системы регулирования 9 снимает сигнал с электроклапана 16, гидроцилиндр регулирующего клапана переходит на работу от запущенного резервного насоса. При этом не происходит аварийной остановки турбины и срыва ее мощностного эксплуатационного режима.
Описанное функционирование канала регулирования при остановке насоса обеспечивает достижение поставленной цели изобретения - повышает надежность гидросистемы управления клапанами паровой турбины.
Остановка насоса в канале защиты.
При остановке насоса 4 в канале защиты система 13 защиты турбины выдает сигнал на запуск резервного (второго из сдублированных насосов) насоса. Гидроаккумулятор 5 канала защиты гидросистемы управления паровыми клапанами турбины сглаживает колебания давления в гидролинии и минимизирует провалы давления в гидролинии после остановки отказавшего насоса и запуске резервного. Различие в алгоритме функционирования канала защиты от канала регулирования заключается в том, что если восстановления давления в гидроцилиндре 11 до требуемого значения не происходит, усилие пружины в гидроцилиндре 11 быстрозапорного клапана 12 превышает силу сопротивления гидравлической среды, и происходят закрытие быстрозапорного клапана, отсечение пара от регулирующего клапана 8 и аварийная остановка турбины 1.
Таким образом, повышается надежность гидросистемы, в которой к аварийной остановке турбины приводит только остановка насосов 4 канала защиты гидросистемы управления паровыми клапанами турбины, но не остановка насосов 3 канала регулирования.
Следует отметить, что применение в канале регулирования заявленной гидросистемы насосов 3 с переменной производительностью повышает экономичность гидросистемы за счет того, что в установившихся режимах работы турбины 1 при неизменном положении парового регулирующего клапана 8, органы управления производительностью насосов находятся в нейтрали, обеспечивающей минимальную производительность, компенсирующие потери.
Однако гидравлическая среда, проходя по каналам утечек будет нагреваться, и в гидростанции необходимо обеспечить должный теплосъем.
В заявляемой системе, используя фактор разделения гидравлических каналов на канал защиты и канал регулирования, охладитель 15 гидравлической среды включен в гидравлический канал исполнительного гидроцилиндра 11 быстрозапорного клапана 12 защиты турбины 1. Расход циркулирующей в контуре защиты гидравлической среды, создаваемый постоянно работающим насосом 4 канала защиты, проходя через охладитель 15, эффективно обеспечивает теплоотвод от заявляемой гидросистемы.
Таким образом, при использовании предложенного изобретения достигается цель изобретения, а именно - повышается надежность гидросистемы управления клапанами паровой турбины.
1. Эди Бурх[СН], Хайнц Фрей[СН], патент 2039297, Гидравлическая система подачи пара к паровой турбине, F01D19, публикация патента: 09.07.1995.
2. Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива. - СПб.: Энерготех, 2005. - 248 с. Серия «Проблемы энергетики», вып. 6.