АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРИВОД МЕХАНИЗМА СОБСТВЕННЫХ НУЖД ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Область техники
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и, в частности, к автоматизированным приводам механизмов собственных нужд теплоэнергетических установок.
Предшествующий уровень техники
Известен автоматизированный привод собственных нужд тепло-энергоустановки, содержащий тепловой двигатель (паровую турбину) и электродвигатель, регулятор мощности теплового двигателя, регулятор мощности электродвигателя, выполненный в виде преобразователя частоты, и блок управления регуляторами мощности, снабженный информационными входами и интерфейсом связи с пультом оперативного персонала теплоэнергоустановки [1].
Недостаток устройства [1] - пониженная экономическая эффективность привода.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели - повысить экономическую эффективность устройства.
Предметом полезной модели является автоматизированный привод механизма собственных нужд теплоэнергетической установки, содержащий тепловой двигатель и электродвигатель, регулятор мощности теплового двигателя, регулятор мощности электродвигателя, выполненный в виде преобразователя частоты, и блок управления регуляторами мощности, снабженный информационными входами и интерфейсом связи с пультом оперативного персонала теплоэнергоустановки, отличающийся тем, что введен гидравлический двигатель, который установлен в рабочей магистрали теплоэнергоустановки и снабжен регулятором мощности, а блок управления регуляторами мощности выполнен с возможностью
перераспределения нагрузки между тремя указанными двигателями привода по минимуму суммарных затрат на энергоносители.
Это позволяет решить указанную задачу.
Осуществление полезной модели
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг.1, на котором представлена схема предлагаемого автоматизированного привода.
Автоматизированный привод механизма 1 собственных нужд теплоэнергоустановки содержит тепловой двигатель 2, электродвигатель 3, регулятор 4 мощности теплового двигателя 2, регулятор 5 мощности электродвигателя 3, выполненный в виде преобразователя частоты, и блок 6 управления регуляторами мощности, снабженный информационными входами 7 и интерфейсом 8, обеспечивающим связь с пультом оперативного персонала теплоэнергоустановки (на фиг.1 не показан).
В устройство введен гидравлический двигатель 9, который установлен в рабочей магистрали 10 теплоэнергоустановки и снабжен регулятором 11 мощности, а блок б управления выполнен с возможностью перераспределения нагрузки между тремя двигателями 2, 3 и 9 привода по минимуму суммарных затрат на энергоносители.
Двигатели 2, 3 и 9 кинематически связаны, например, общим валом 12 между собой и с механизмом 1. Регуляторы 4, 5 и 11 подключены к выходам блока 6, а его информационные входы 7 предназначены для подключения датчиков, которые выдают данные о параметрах, контролируемых при управлении регуляторами 4, 5, 11.
Блок 6 выполнен с возможностью перераспределять нагрузку (мощность, отдаваемую приводимому механизму 1) между двигателями 2, 3 и 9 для минимизации суммарных затрат на энергоносители (тепло и электроэнергию).
Тепловой двигатель 2 может быть выполнен в виде паровой или газовой турбины, электродвигатель 3 - в виде асинхронного или синхронного электродвигателя, гидравлический двигатель 9, например,
в виде лопастной гидротурбины или в виде поршневого гидродвигателя. Магистраль 10, в которой установлен гидродвигатель 9, может представлять собой, например, напорную магистраль питательного насоса или линию рециркуляции конденсатного насоса теплоэнергоустановки, в которых, хотя бы в отдельные периоды суточного или сезонного графика работы теплоэнергоустановки, имеется избыточное давление (напор) воды.
Управление тепловым и электрическим двигателями 2 и 3 осуществляется с помощью регуляторов 4 и 5 аналогично описанному в [1]. Регулятор 11 гидравлического двигателя 9 может представлять собой направляющий аппарат гидротурбины или дроссельный регулятор расхода воды в магистрали 10.
Устройство фиг.1 работает следующим образом.
Блок 6, аналогично блоку управления в устройстве [1], получает по входам 7 данные о контролируемых параметрах, связанных с работой двигателей 2 и 3, а по интерфейсу 8 - устанавливаемые оперативным персоналом текущие условные цены на тепло и электроэнергию. Дополнительно блок 6 получает по входам 7 данные о контролируемых параметрах, связанных с работой двигателя 9, а по интерфейсу 8 - текущую условную цену гидроэнергии, устанавливаемую оперативным персоналом.
Необходимая для работы механизма 1 мощность на валу 12 обеспечивается двигателями 2, 3 и 9.
Мощность двигателя 2 (например, паровой турбины) задается расходом подводимого пара, устанавливаемым регулятором 4. Отработанный пар турбины возвращается в тепловую схему теплоэнергоустановки, где тепловая энергия пара утилизируется. Мощность электродвигателя 2 устанавливается регулятором 5, выполненным в виде реверсивного преобразователя частоты. Мощность гидравлического двигателя (турбины) 9 задается расходом подводимой воды, устанавливаемым регулятором 11.
Блок 6 управляет работой привода, воздействуя на регуляторы 4,5 и 11.
В зависимости от соотношения механической мощности на валу 12 и электрической мощности, устанавливаемой регулятором 5, выполненным в виде реверсивного преобразователя частоты, электродвигатель 3 может работать либо в режиме двигателя, либо в режиме генератора, отдающего электроэнергию в сеть.
По входам 7 в блок 6 поступает информация с датчиков контролируемых параметров. Данные о расходе, температуре и давлении подводимого к двигателю 2 пара используется блоком 6 для расчета количества подводимого к двигателю 2 тепла Qподв. Данные о расходе воды, подводимой к гидродвигателю 9, и о давлении (напоре) воды на его входе и выходе используются для определения потребляемой двигателем 9 гидроэнергии. Информация о величине крутящего момента на валу 12 и о частоте его вращения, поступающая с соответствующих датчиков на входы 7, используется блоком 6 для расчета механической мощности на валу 12. Результат расчета механической мощности, в свою очередь, используется для расчета количества тепла Qпoтp., потребляемого двигателем 2. Количество тепла Qвозвр. возвращаемого в тепловую схему теплоэнергоустановки определяется в блоке 6 как разность
Qвозвр.=Оподв.-Qпoтp.
Требуемая величина мощности Рсн механизма 1 задается по интерфейсу 8. По этому интерфейсу в блок 6 могут также вводиться дополнительные данные для тепловых и механичесих расчетов и исходные данные, необходимые для расчета стоимости подводимого и возвращаемого тепла, включая текущие условные цены на подводимое тепло Цподв. и на возвращаемое тепло Цвозвр.. Используя поступающую по входам 7 и интерфейсу 8 информацию, блок 6 определяет тепловые затраты Зтепл на поддержание Рсн:
Зтепл.=Qпoтp.-Цпотр-Qвозвр. Цвозвр.
Помимо величин, необходимых для расчета тепловых затрат, в блок 6 по интерфейсу 8 вводятся данные, необходимые для расчета стоимости электроэнергии для получения эквивалентной механической мощности на валу 12 от электродвигателя 3 (например, условная цена электроэнергии с учетом КПД электродвигателя 3 и потерь в преобразователе-регуляторе 5), а также соответствующие данные для расчета стоимости гидроэнергии, потребляемой двигателем 9, включая ее текущую условную цену.
При этом стоимость потребляемой гидроэнергии может быть определена как произведение разности давлений на входе и выходе гидродвигателя 9, расхода воды и условной цены гидроэнергии.
Указанное произведение представляет собой дополнительное (третье) слагаемое затрат в минимизируемой блоком 6 сумме затрат на энергию, потребляемую механизмом 1.
Условные цены на тепло, электро- и гидроэнергию могут вводиться в блок 6 с учетом суточного и сезонного их изменения.
Сравнивая рассчитанные затраты на поддержание Рсн. с фактическими, блок 6 выдает управляющие воздействия на регуляторы 4, 5 и 11, минимизирующие суммарные затраты за счет изменения вклада в Рсн того и/или другого приводного двигателя.
В тех случаях, когда затраты тепла и/или гидроэнергии оказываются более выгодными, а установленная мощность двигателей 2 и 9 не полностью используется для поддержания Рсн, блок 6, воздействуя на регулятор-преобразователь 5, обеспечивает переход электродвигателя 3 в генераторный режим с преобразованием избыточной механической мощности двигателя 2 и/или двигателя 9 в электроэнергию, передаваемую в сеть. В этом режиме экономический выигрыш увеличивается за счет преобразования более дешевой тепловой и гидравлической энергии в электрическую.
В тех случаях, когда двигателем 9 используется избыточный напор воды, который в противном случае пришлось бы принудительно сбрасывать (дросселировать), условная цена гидроэнергии может быть принята достаточно малой. Тогда блок 6, воздействуя на соответствующие регуляторы, обеспечивает либо разгрузку двигателей 2 и 3, либо избыточную механическую мощность на валу 12, используемую, как описано выше, для выработки электроэнергии в сеть. В обоих случаях минимизированная величина затрат на поддержание мощности Рсн дополнительно уменьшается.
Дополнительное преимущество предлагаемого устройства - расширение возможностей взаимного резервирования двигателей 2, 3 и 9 и, следовательно, повышенная надежность привода.
Источники информации 1. Патент РФ на полезную модель №9017, МПК F 01 K 13/02, 1999 г.