УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫМИ НАСОСАМИ С ГИДРОМУФТАМИ ДЛЯ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может использоваться при автоматизации управления питательными насосами энергоблоков с парогазовыми установками.
Большинство парогазовых энергоблоков выполнено по схеме дубль-блока: с двумя газовыми турбинами и двумя котлами-утилизаторами, параллельно работающими на одну паровую турбину. Как правило, группа насосов, осуществляющих подачу питательной воды к котлам-утилизаторам состоит из трех параллельно включенных насосных агрегатов: двух рабочих и одного резервного (Трухний А.Д. Парогазовые установки электростанций: учебное пособие для вузов. - М: Издательский дом МЭИ, 2013. - 648 с).
Для поддержания уровня воды в барабанах котлов-утилизаторов применяются регулирующие питательные клапаны (РПК), расположенные за некипящим экономайзером. При этом питательные насосы обеспечивают заданное давление питательной воды на нагнетании (или заданный перепад давлений на РПК).
Известно устройство для автоматического управления подачей воды в питательную магистраль парогенератора (Авторское свидетельство СССР №958768, МПК F22D 5/32, 1982 г.), содержащее регуляторы производительности основного и пускового насосов, к которым присоединены датчики давления в питательной магистрали, задатчики и исполнительные органы, и обратные клапаны, установленные на линиях подключения насосов к питательной магистрали, дополнительный датчик давления, установленный на линии подключения основного насоса к питательной магистрали до обратного клапана, переключатель, включенный в линию подсоединения одного из датчиков давления в питательной магистрали к регулятору производительности основного насоса и связанный с дополнительным датчиком давления, путевой выключатель, связанный с обратным клапаном на линии подключения основного насоса к питательной магистрали и подсоединенный своим выходом к выключателю и ко входу задатчика регулятора производительности пускового насоса.
Недостатком указанного устройства является неприменимость его для парогазовых энергоблоков, выполненных по схеме дубль-блока, из-за отсутствия возможности обеспечения одновременной работы двух насосов на двух потребителей питательной воды.
Известно устройство управления группой питательных насосов с гидромуфтами (Туркин А.Н. Гидромуфты питательных насосов тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1974. - 232 с, стр. 182, рис. 7-9.), обеспечивающее автоматическое регулирование давления в питательной магистрали с синхронизацией подачи питательных насосов по положению черпаковых трубок гидромуфт, содержащее последовательно соединенные датчик давления, манометр, электронный регулятор с задатчиком, переключатель управления, исполнительный механизм, соединенный с рычажной системой.
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность управления.
Известно устройство управления питательными насосами (Профос П. Регулирование паросиловых установок / Пер. с нем. Е.Н. Сергиевской и Д.К. Федотова; Под общ. ред. Н.И. Давыдова. - М.: Энергия, 1967. - 368 с., стр. 235, рис. 10.6.d), содержащее датчики перепада давления РПК, подключенные к устройству выбора сигнала, соединенному с дифференциальным регулятором, подключенному к регулятору числа оборотов привода питательного насоса, снабженного датчиком числа оборотов.
Недостатком указанного устройства является перерасход электрической энергии на привод питательных насосов из-за необходимости поддерживать постоянный заданный перепад давлений на РПК, в том числе при пониженной нагрузке энергоблока.
Технической задачей является создание эффективного и надежного устройства управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок, которое обеспечивает экономию электрической энергии.
Технический результат полезной модели заключается в снижении потребления электрической энергии питательными насосами парогазовых установок.
Технический результат достигается тем, что устройство управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок содержит три датчика давления, три датчика расхода питательной воды, два датчика температуры, два блока задания, три блока сравнения, три блока суммирования, блок расчета, регулятор давления, блок распределения нагрузки, при этом первый датчик давления, предназначенный для измерения давления в барабане высокого давления первого котла-утилизатора, и второй датчик давления, предназначенный для измерения давления в барабане высокого давления второго котла-утилизатора, подключены к первому блоку сравнения, соединенному с первым входом первого блока суммирования, ко второму входу которого подключен первый блок задания, первый датчик температуры, предназначенный для измерения температуры питательной воды за экономайзером высокого давления первого котла-утилизатора, и второй датчик температуры, предназначенный для измерения температуры питательной воды за экономайзером высокого давления второго котла-утилизатора, подключены ко второму блоку сравнения, соединенному через блок расчета с первым входом второго блока суммирования, ко второму блоку которого подключен второй задатчик, выход первого блока суммирования и выход второго блока суммирования подключены к входам третьего блока сравнения, соединенного с первым входом третьего сумматора, ко второму инверсивному входу которого подключен третий датчик давления, предназначенный для измерения давления в напорном коллекторе питательных насосов высокого давления, а выход третьего сумматора соединен через регулятор давления с первым входом блока распределения нагрузки, ко второму входу которого подключен первый датчик расхода питательной воды, к третьему входу которого подключен второй датчик расхода питательной воды, к четвертому входу которого подключен третий датчик расхода питательной воды, а первый, второй и третий выходы блока распределения нагрузки, являющиеся выходами устройства, выполнены с возможностью подключения к соответствующим регуляторам гидромуфт первого, второго и третьего питательных насосов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведено устройство управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок.
Устройство управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок (обозначено пунктиром) содержит: первый датчик давления 1, второй датчик давления 2, первый блок сравнения 3, первый блок задания 4, первый блок суммирования 5, первый датчик температуры 6, второй датчик температуры 7, второй блок сравнения 8, блок расчета 9, второй блок задания 10, второй блок суммирования 11, третий блок сравнения 12, третий датчик давления 13, третий блок суммирования 14, регулятор давления 15, первый датчик расхода питательной воды 16, второй датчик расхода питательной воды 17, третий датчик расхода питательной воды 18 и блок распределения нагрузки 19.
На чертеже так же использованы следующие обозначения: общий регулятор гидромуфты 20 первого питательного насоса высокого давления 23, общий регулятор гидромуфты 21 второго питательного насоса высокого давления 24, общий регулятор гидромуфты 22 третьего питательного насоса высокого давления 25.
Устройство управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок содержит первый датчик давления 1, предназначенный для измерения давления в барабане высокого давления первого котла-утилизатора, и второй датчик давления 2, предназначенный для измерения давления в барабане высокого давления второго котла-утилизатора, подключенные к первому входу первого блока сравнения 3. Первый блок сравнения 3 подключен к первому входу первого блока суммирования 5, ко второму блоку которого подключен первый блок задания 4. Первый датчик температуры 6, предназначенный для измерения температуры питательной воды за экономайзером высокого давления первого котла-утилизатора, и второй датчик температуры 7, предназначенный для измерения температуры питательной воды за экономайзером высокого давления второго котла-утилизатора, подключены ко второму блоку сравнения 8. Второй блок сравнения 8 соединен с блоком расчета 9. Блок расчета 9 подключен к первому входу второго блока суммирования 11, ко второму входу которого подключен второй блок задания 10. Первый блок суммирования 5 соединен с первым входом третьего блока сравнения 12, второй блок суммирования 11 соединен со вторым входом третьего блока сравнения 12, выход которого подключен к первому входу третьего блока суммирования 14, ко второму реверсивному входу которого подключен третий датчик давления 13, предназначенный для измерения давления в напорном коллекторе питательных насосов высокого давления. Выход третьего блока суммирования 14 соединен с регулятором давления 15, который подключен к первому входу блока распределения нагрузки 19 питательных насосов высокого давления. Первый датчик расхода питательной воды 16, предназначенный для измерения расхода питательной воды на напоре первого питательного насоса высокого давления 23, подключен ко второму входу блока распределения нагрузки 19. Второй датчик расхода питательной воды 17, предназначенный для измерения расхода питательной воды на напоре второго питательного насоса высокого давления 24 подключен к третьему входу блока распределения нагрузки 19. Третий датчик расхода питательной воды 18, предназначенный для измерения расхода питательной воды на напоре третьего питательного насоса высокого давления 25 подключен к четвертому входу блока распределения нагрузки 19. Первый, второй и третий выходы блока распределения нагрузки 19, являющиеся выходами устройства, выполнены с возможностью подключения к соответствующим регуляторам гидромуфт питательных насосов. Первый выход блока распределения нагрузки 19 выполнен с возможностью подключения к общему регулятору гидромуфты 20 первого питательного насоса высокого давления 23. Второй выход блока распределения нагрузки 19 выполнен с возможностью подключения к общему регулятору гидромуфты 21 второго питательного насоса высокого давления 24. Третий выход блока распределения нагрузки 19 выполнен с возможностью подключения к общему регулятору гидромуфты 22 третьего питательного насоса высокого давления 25.
Устройство управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок работает следующим образом. Основным ограничением, накладываемым особенностями технологического процесса является необходимость поддержания параметров питательной воды (температуры и давления) на уровне, исключающем закипание теплоносителя в трубах экономайзера высокого давления.
б1
б2
б1
б2
б1
б2
Сигнал первого датчика давления 1 о значении давления Р в барабане высокого давления первого котла-утилизатора и сигнал второго датчика давления 2 о значении давления Р в барабане высокого давления второго котла-утилизатора поступают в первый блок сравнения 3, в котором осуществляется выбор максимального из указанных значений давления МАХ{Р; Р}. В первом блоке задания 4 задают добавочное значение к выбранному максимальному давлению в барабане высокого давления равное 1 МПа (установлено экспериментально). В первом блоке суммирования 5 выполняют сложение выбранного максимального давления и добавочного значения (МАХ{Р; Р}+1), определяя давление при котором снижаются гидравлические потери на РПК, что экономично в номинальном режиме работы энергоблока, но в режимах с пониженной нагрузкой может привести к закипанию воды в трубах экономайзера.
эк1
эк2
эк
Сигнал первого датчика температуры 6 о значении температуры Т питательной воды за экономайзером высокого давления первого котла-утилизатора и сигнал второго датчика температуры 7 о значении температуры Т, питательной воды за экономайзером высокого давления второго котла-утилизатора поступают во второй блок сравнения 8. Для повышения надежности информации о температурном режиме, сигнал по температуре воды за экономайзером Т формируется во втором блоке сравнения 8 как максимальное значение от двух датчиков температуры:
эк
нас
По текущему значению температуры воды за экономайзером высокого давления Т в блоке расчета 9 определяют давление насыщения Р:
нас
нас
Во втором блоке задания 10 задают добавочное значение к давлению насыщения Рнас, равное 1,5 МПа (установлено экспериментально). Во втором блоке суммирования 11 выполняют сложение давления насыщения Р и добавочного значения (Р+1,5), определяя давление, при котором дополнительно снижаются гидравлические потери на РПК, в режимах с пониженной нагрузкой при исключении закипания воды в трубах экономайзера.
Величину сигнала задания давления  которая динамически корректируется и зависит от значений давления в барабанах высокого давления котлов-утилизаторов и от значений температуры питательной воды за экономайзером высокого давления котлов-утилизаторов, формируют в третьем блоке сравнения 12:
Величина сигнала задания давления  соответствует давлению в напорном коллекторе питательных насосов высокого давления, при котором гидравлические потери на РПК минимальны и закипание воды в трубах экономайзера полностью исключается в любых режимах работы энергоблока. Обеспечение минимизации гидравлических потерь на РПК приводит к снижению электропотребления приводами питательных насосов.
нк
Сигнал задания давления  поступает на первый вход третьего блока суммирования 14, а сигнал третьего датчика давления 13 о значении давления Р в напорном коллекторе питательных насосов высокого давления поступает на второй реверсивный вход третьего блока суммирования 14.
нк
Выходной сигнал отклонения давления Р от сигнала задания давления  блока суммирования 14 поступает на регулятор давления 15 в напорном коллекторе.
Выходной сигнал регулятора давления 15 подается на первый вход блока распределения нагрузки 19 питательных насосов высокого давления. Поддержание заданного давления в напорном коллекторе  осуществляется воздействием на гидромуфты первого питательного насоса высокого давления 23, второго питательного насоса высокого давления 24 и третьего питательного насоса высокого давления 25. Сигнал первого датчика расхода питательной воды 16 о величине расхода питательной воды на напоре первого питательного насоса высокого давления 23 поступает на второй вход блока распределения нагрузки 19. Сигнал второго датчика расхода питательной воды 17 о величине расхода питательной воды на напоре второго питательного насоса высокого давления 24 поступает на третий вход блока распределения нагрузки 19. Сигнал третьего датчика расхода питательной воды 18 о величине расхода питательной воды на напоре третьего питательного насоса высокого давления 25 поступает на четвертый вход блока распределения нагрузки 19.
В блоке распределения нагрузки 19 с учетом расхода питательной воды на напоре каждого из питательных насосов высокого давления, формируются управляющие сигналы на общие регуляторы гидромуфт питательных насосов высокого давления, при которых обеспечивается оптимальная загрузка питательных насосов. Управляющий сигнал для регулирования работы первого питательного насоса высокого давления 23 поступает с первого выхода блока распределения нагрузки 19 на общий регулятор гидромуфты 20. Управляющий сигнал для регулирования работы второго питательного насоса высокого давления 24 поступает со второго выхода блока распределения нагрузки 19 на общий регулятор гидромуфты 21. Управляющий сигнал для регулирования работы третьего питательного насоса высокого давления 25 поступает с третьего выхода блока распределения нагрузки 19 на общий регулятор гидромуфты 22.
Предлагаемое устройство обеспечивает необходимый запас по давлению питательной воды, обусловленный требованиями безопасной эксплуатации оборудования, как в установившихся, так и в переходных режимах работы объекта управления, что подтверждают результаты экспериментальных исследований.
Применение устройства управления питательными насосами с гидромуфтами для парогазовых установок обеспечивает снижение расхода электроэнергии на привод питательных насосов за счет уменьшения перепада между давлением в напорном коллекторе питательных насосов высокого давления и давлением в барабанах высокого давления котлов-утилизаторов, особенно при работе энергоблока на пониженных нагрузках. При этом улучшаются условия работы насосов, регулирующей и запорной питательной арматуры, трубопроводов и поверхностей нагрева котлов-утилизаторов.