СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ СО СВОБОДНОЙ ТУРБИНОЙ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
METHOD FOR CONTROL OF GAS TURBINE ENGINE WITH FREE TURBINE FOR GAS TURBINE POWER PLANT

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 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 ГТД со свободной турбиной для газотурбинной электростанции, путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения в нужную сторону расхода топлива в камеру сгорания при ее отклонениях от заданного значения, а также одновременного формирования в функции частоты вращения турбокомпрессора ГТД значения минимально допустимого расхода топлива. Системы автоматического управления авиационными газотурбинными двигателями. Труды ЦИАМ, №1346 (под редакцией д.т.н, проф. О.С. Гуревича), 2010 г., с.107-112.
Недостатком известного способа является то, что при его использовании в САУ ГТЭС при подключении нагрузки не исключается провал частоты вращения свободной турбины, особенно на режимах, близких к «холостому ходу». Это приводит к снижению частоты ЭГ на величину порядка 2,5 Гц. Этого достаточно, чтобы у ряда потребителей электроэнергии, вырабатываемой ГТЭС, нарушилось нормальное течение технологических процессов. Например, известны случаи незапуска погруженных в скважины нефтяных насосов на предприятиях ОАО «Сургутнефтегаз». Таким образом, известный способ в конечном итоге не обеспечивает необходимого уровня надежности работы ГТЭС.
Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества работы САУ ГТЭС.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД со свободной турбиной для газотурбинной электростанции путем измерения частоты вращения свободной турбины и изменения в нужную сторону расхода топлива в камеру сгорания при ее отклонениях от заданного значения, а также одновременного формирования в функции частоты вращения турбокомпрессора ГТД значения минимально допустимого расхода топлива, дополнительно при снижении частоты вращения свободной турбины на определенную величину значение минимально допустимого расхода топлива увеличивается на заданное время выше фактического расхода топлива на заданную величину.
На фигуре показана схема устройства, реализующего заявляемый способ управления.
Устройство содержит задатчик 1 частоты вращения свободной турбины и датчик 2 частоты вращения свободной турбины, подключенные к блоку 3 сравнения, регулятор 4 частоты вращения свободной турбины, подключенный к выходу блока 3, датчик 5 частоты вращения турбокомпрессора ГТД выход которого подключен к блокам 6 и 7 нелинейности, детектор 8 провала частоты вращения свободной турбины, вход которого подключен к выходу блока 3, а выход - ко входу ключа 9, сумматор 10, на входы которого подключены блок 7 и ключ 9, выход сумматора 10 подключен к селектору 11 максимального сигнала, на второй вход селектора 11 подключен выход регулятора 4, а выход селектора 11 подключен к дозатору 12.
Устройство работает следующим образом.
В блоке 3 вычисляется рассогласование по частоте вращения свободной турбины, по которому регулятор 4 через селектор 11 воздействует на дозатор 12 топлива, который изменяет в нужную сторону расход топлива в камеру сгорания двигателя. Одновременно в блоке 5 формируется для данного режима двигателя (по частоте вращения турбокомпрессора) минимально допустимое значение расхода топлива, а блоке 6, также в функции частоты вращения турбокомпрессора - приращение минимального расхода топлива, способное создать избыток топлива. В случае провала частоты вращения свободной турбины более, чем на 0,2 Гц, детектор 8 замыкает ключ 9, и в сумматоре 10 к минимально допустимому расходу топлива прибавляется величина, обеспечивающая дополнительный избыток топлива. В этом случае через селектор 11 пройдет заданное приращение расхода топлива уже не от регулятора 4, а от сумматора 10, которое увеличено для создания избытка топлива. После того, как провал частоты вращения свободной турбины уменьшится, детектор 8 разомкнет ключ 9, и минимально допустимый расход топлива станет меньше, чем заданный регулятором 4, что позволит регулятору 4 завершить выход частоты вращения свободной турбины на заданное значение.
Таким образом, при снижении частоты ЭГ на величину более 0,2 Гц (снижение на величину не более 0,2 Гц допускается в больших энергосистемах) программа минимального ограничения расхода топлива, находящаяся ниже фактического расхода топлива, поднимется над ним на определенную, зависящую от режима величину на определенное время, в результате чего кратковременно создается избыточная мощность, при которой дальнейшее падение частоты ЭГ будет прекращаться, и начнется ее восстановление.
Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТЭС.