СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ СО СВОБОДНОЙ ТУРБИНОЙ
METHOD TO CONTROL GAS TURBINE ENGINE WITH FREE TURBINE

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).
Известен способ управления ГТД со свободной турбиной путем измерения косвенного параметра, характеризующего мощность двигателя, и изменения расхода топлива в камеру сгорания по величине отклонения измеренного параметра от заданного значения [1].
Однако известный способ не позволяет без существенного усложнения процесса регулирования и ужесточения требований к точности датчиков внутридвигательных параметров обеспечить необходимое качество регулирования.
Известен также способ управления ГТД со свободной турбиной путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины [2].
При использовании ГТД со свободной турбиной в качестве ГТУ для привода ЭГ ГТЭС, питающей внешнюю энергосистему неограниченной мощности, такой способ управления ГТД имеет следующий недостаток: большой разброс первоначально набранной мощности при включении в энергосистему, связанный с погрешностью выполнения синхронизации. Так, допустимая погрешность автоматической синхронизации составляет 0,2 Гц от заданной, что при статизме 4% вызовет разброс активной мощности 10% от номинальной и может привести к отключению ГТЭС защитой от обратной мощности.
Это снижает надежность работы ГТУ и ГТЭС.
Целью изобретения является повышение надежности работы ГТУ и ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ и ГТЭС, обеспечивающего уменьшение разброса первоначально набираемой мощности при включении ГТЭС на параллельную работу с внешней энергосистемой.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД со свободной турбиной путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины, дополнительно при включении ГТЭС в сеть неограниченной мощности заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ (уставку) увеличивают на величину не более 4%, увеличивая расход топлива, устанавливают режим работы ГТУ, при котором измеренное значение частоты вращения свободной турбины равно уставке, через выдержку времени, определяемую расчетно-экспериментальным путем и достаточную для выхода ГТУ по мощности на заданный режим, рассчитывают располагаемую мощность ГТУ, сравнивают с заданной для ГТЭС на режиме работы с сетью неограниченной мощности и начинают уменьшать заданное значение частоты вращения свободной турбины ГТУ до исходного с темпом, пропорциональным отклонению располагаемой мощности от заданного значения, но не превосходящим наперед заданным для данного типа ГТУ ограничения, определяемым расчетно-экспериментальным путем и уточняемым в процессе приемосдаточных испытаний ГТУ.
На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующая заявляемый способ регулирования газотурбинного двигателя со свободной турбиной.
Устройство содержит регулятор 1 частоты (п ст) вращения свободной турбины и датчик 2 п ст, подключенные к первому и второму входам сумматора 3, выход сумматора 3 через электрогидропреобразователь (ЭГП) 4 подключен к дозатору 5 топлива, датчик 6 крутящего момента (Мкр) на валу свободной турбины, подключенный к блоку 7 умножения (БУ), второй вход БУ 7 подключен к датчику 2, сумматор 8 сигналов заданной и фактической мощностей, первый вход которого подключен к выходу БУ 7, второй вход - к выходу задатчика 9 мощности, а выход - ко входу анализатора 10, анализатор 10 и задатчик 9 подключены к регулятору 1.
Устройство работает следующим образом.
До момента включения ГТЭС в сеть неограниченной мощности в зависимости от полученного в сумматоре 3 рассогласования между заданным регулятором 1 и измеренным датчиком 2 значениями частоты вращения свободной турбины с помощью ЭГП 4 и дозатора 5 обеспечивается требуемое изменение расхода топлива в камеру сгорания.
При включении ГТЭС в сеть неограниченной мощности в задатчик 9 поступает внешняя команда (от оператора ГГТЭС или АСУ ТП) «Включение в сеть».
При получении этой команды задатчик 9 выдает команду в регулятор 1 на увеличение заданного значения частоты вращения свободной турбины ГТУ. При получении этой команды регулятор 1 увеличивает уставку п ст на 4%. В сумматоре 3 возникает рассогласование между заданным регулятором 1 и измеренным датчиком 2 значениями п ст. С помощью ЭГП 4 и дозатора 5 обеспечивается требуемое увеличение расхода топлива в камеру сгорания и перевод ГТУ на режим, при котором измеренное значение частоты вращения свободной турбины равно уставке. Через выдержку времени, определяемую расчетно-экспериментальным путем и достаточную для выхода ГТУ по мощности на заданный режим (например, для двигателя ПС-90ГПЗ, входящего в состав ГТУ-25, являющегося газотурбинным приводом ГТЭС-25, эта выдержка составляет 20 с), в БУ 7 рассчитывают располагаемую мощность ГТУ как произведение значения п ст, измеренного датчиком 2, на величину крутящего момента на валу свободной турбины Мкр, измеренного датчиком 6, и подают ее значение на вход сумматора 8. В сумматоре 8 располагаемая мощность сравнивается с заданной, полученной из задатчика 9. Величина рассогласования между заданной и располагаемой мощностями поступает на вход в анализатор 10. Анализатор 10 формирует в регулятор 1 команду на уменьшение заданного значения частоты вращения свободной турбины ГТУ до исходного с темпом, пропорциональным отклонению располагаемой мощности от заданного значения, но не превосходящим наперед заданным для данного типа ГТУ ограничения, определяемым расчетно-экспериментальным путем и уточняемым в процессе приемосдаточных испытаний ГТУ (для двигателя ПС-90ГПЗ это ограничение составляет 1% за секунду).
Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы ГТУ и ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ и ГТЭС, обеспечивающего уменьшение разброса первоначально набираемой мощности при включении ГТЭС на параллельную работу с внешней энергосистемой.
Источники информации
1. «Выбор и обоснование рациональных схем электронно-гидравлических САР
вертолетных и транспортных ГТД», т.о. ЦИАМ № 8533, 1978 г.
2. Патент США № 3283503, кл. 60-39.28, 1964 г.