Электрогидравлическая система автоматического регулирования частоты вращения ротора паровой турбины привода электрогенератора судовой гребной электрической установки
ELECTROHYDRAULIC SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF ROTOR SPEED OF STEAM TURBINE OF ELECTRIC GENERATOR DRIVE OF SHIP PROPULSION SYSTEM

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при регулировании судовых паровых турбин.
Известны электрогидравлические системы регулирования судовых турбин, содержащие задатчик и датчик частоты вращения ротора турбины, подключенные вместе с датчиками жесткой и гибкой обратных связей к усилителю электрогидравлического преобразователя, связанного через маневровый золотник с сервомоторами регулирующих клапанов паровой турбины (1).
Известен патент, которым запатентованы «Система регулирования для регулирования частоты вращения турбины, а также способ регулирования частоты вращения турбины при сбросе нагрузки» (2).
В известной системе (2) при решении задачи управления турбиной привода электрогенератора в режимах сбросов электрической нагрузки используется способ и система регулирования, который реализует метод изменения структуры решающей части системы регулирования, что требует ее усложнения и усложнения алгоритма функционирования системы регулирования с необходимостью контроля, дополнительно к главной регулируемой физической величине - частоте вращения ротора турбины, еще и значения нагрузки электрогенератора и положения силового выключателя электрогенератора, особого подбора значений коэффициентов передачи пропорционального и времени интегрального каналов регулирования.
Все перечисленные используемые в известной системе алгоритмы в конечном итоге сводятся к формированию сигналов управления исполнительного звена, перемещающего регулирующий клапан турбины.
Исполнительные силовые звенья во всех без исключения системах автоматического регулирования турбин, в частности паровых, имеют заранее заданные проектные силовые и скоростные характеристики, выбранные, исходя из требований к качеству и устойчивости системы регулирования в целом, а также - исходя из возможностей преобразователей, связывающих решающую часть системы регулирования с исполнительными звеньями, как правило - гидравлическими приводами паровых клапанов.
Недостатком известной системы (2) является сложность и ограничение в решении задачи удержания частоты вращения в разрешенном безопасном диапазоне, определяемое возможностями канала управления исполнительным звеном - гидравлическим приводом парового клапана.
Известна электрогидравлическая система автоматического регулирования судовой паровой турбины, содержащая задатчик и датчик частоты вращения ротора, подключенные ко входу регулятора вместе с датчиками обратной связи по положению регулирующего клапана турбины, и электрогидравлический преобразователь, подсоединенный к выходу регулятора и связанный гидравлическими каналами с гидроцилиндром силового гидропривода управления регулирующим клапаном паровой турбины (3). При отклонении фактической частоты вращения ротора турбины от заданной выходной сигнал регулятора воздействует через преобразователь на гидропривод, перемещая регулирующий клапаны турбин в новое положение.
Указанная система является ближайшей к предложенной по технической сущности и достигаемому результату.
При использовании известной системы автоматического регулирования для поддержания требуемой частоты вращения паровой турбины в судовой турбогенераторной гребной электрической установке существенным образом проявляется недостаток системы, обусловленный относительно малым быстродействием в ситуациях, близких к аварийным в случаях резкого снижения нагрузки электрогенератора гребной электрической установки.
Кроме того, в известной системе автоматического регулирования при возникновении неисправностей, в частности - при пропадании давления гидравлической среды в гидроприводе парового клапана возникает ситуация, при которой отсутствует управляемость паровым клапаном, что может привести к аварии в судовой турбогенераторной гребной электрической установке.
Цель изобретения - повышение надежности и безопасности судовой турбогенераторной гребной электрической установки.
Для достижения поставленной цели в заявляемой системе автоматического регулирования частоты вращения ротора паровой турбины привода электрогенератора судовой гребной электрической установки к гидроцилиндру силового гидропривода гидравлическими каналами параллельно пропорциональному электрогидравлическому преобразователю подсоединен дискретный электроклапан, к входу которого подключено устройство формирования дискретного электрического сигнала превышения фактической частоты вращения ротора турбины над заданной предельно допустимой.
Дополнительно в гидравлических каналах между пропорциональным электрогидравлическим преобразователем и гидроцилиндром гидропривода установлены дискретные электроклапаны, к электрическим входам которых подключено устройство контроля исправности системы автоматического регулирования.
На фиг. 1 показана заявляемая электрогидравлическая система автоматического регулирования частоты вращения ротора паровой турбины 1 привода электрогенератора 2, к которому подключен гребной электродвигатель 3 судовой гребной электрической установки 4, содержащая задатчик 5 номинальной и датчик 6 фактической частоты вращения ротора турбины 1, подключенные ко входу регулятора 7 вместе с датчиком 8 обратной связи по положению регулирующего клапана 9 турбины 1, и пропорциональный электрогидравлический преобразователь 10, подсоединенный к выходу регулятора 7 и связанный гидравлическими каналами 13 и 14 с гидроцилиндром 11 силового гидропривода 12 управления регулирующим клапаном 9 паровой турбины 1.
Согласно изобретению, к гидроцилиндру 11 силового гидропривода 12 гидравлическими каналами 15 и 16 параллельно пропорциональному электрогидравлическому преобразователю 10 подсоединен дискретный электроклапан 17, к электрическому входу которого подключено устройство 18 формирования дискретного электрического сигнала превышения фактической частоты вращения ротора турбины 1 над заданной предельно допустимой, ко входу которого подключены датчик 6 частоты вращения и задатчик 19 предельно допустимой частоты вращения ротора турбины 1.
Согласно изобретению, дополнительно в гидравлических каналах 13 и 14 между пропорциональным электрогидравлическим преобразователем 10 и гидроцилиндром 13 силового гидропривода 12 установлены дискретные электроклапаны 20 и 21, к электрическим входам которых подключено устройство 22 контроля исправности электрогидравлической системы регулирования.
Функционирование заявляемой электрогидравлической системы автоматического регулирования частоты вращения ротора паровой турбины привода электрогенератора судовой гребной электрической установки происходит следующим образом.
В нормальном эксплуатационном режиме судовой гребной электрической установки 4, турбина 1 вращает ротор генератора 2, питающего гребной электродвигатель 3, приводящий во вращение гребной винт.
При отклонениях фактической частоты вращения ротора турбины 1 от заданной, сформированных сигналами от задатчика 5 и датчика 6, поступающими на вход регулятора 7 вместе с сигналом от датчика 8 обратной связи по положению регулирующего клапана 9, выходной сигнал регулятора 7 воздействует через пропорциональный электрогидравлический преобразователь 10 на гидропривод 12 путем изменения перепада давлений в гидравлических каналах 13 и 14, соединяющих преобразователь 10 и гидроцилиндр 11, перемещая регулирующий клапан 9 турбины 1 в новое положение.
При использовании только пропорционального электрогидравлического преобразователя 10, как это происходит в известной системе автоматического регулирования с относительно малым быстродействием, в случаях резкого снижения нагрузки электрогенератора 2 гребной электрической установки 4 для удержания требуемой частоты вращения ротора паровой турбины 1 быстродействие регулирования может оказаться недостаточным, что является критическим при полном снятии нагрузки электрогенератора 2 при аварийных отключениях электродвигателя 3 от электрогенератора 2.
В заявляемой электрогидравлической системе автоматического регулирования частоты вращения ротора паровой турбины 1 привода электрогенератора 2 судовой гребной электрической установки 4 в ситуациях резкой и существенной, вплоть до полной, разгрузки электрогенератора 2, устройство 18 формирует дискретный электрический сигнал превышения фактической частоты вращения ротора 1 от датчика 6 над заранее заданным задатчиком 19 предельным допустимым значением частоты вращения ротора турбины. Указанный дискретный электрический сигнал превышения с выхода устройства 18 поступает на электрический вход дискретного электроклапана 17 и вызывает его полное открытие, что, в свою очередь, определяет появление ускоренного движения гидравлической среды в гидроцилиндре 11, обеспечивающего резкое прикрытие регулирующего клапана 9. После прикрытия клапана 9 происходит снижение частоты вращения ротора турбины 1 до значения, сформированного задатчиком 19, и при дальнейшем снижении частоты вращения дискретный электроклапан 17 закрывается, переводя систему регулирования в нормальный эксплуатационный режим управления турбиной 1.
Устройство 22, контролирующее исправное состояние заявляемой электрогидравлической системы регулирования, в частности - наличие гидравлической среды на входе в систему, при пропадании давления гидравлической среды формирует сигнал и подает его на электрические входы дискретных электроклапанов 20 и 21, которые отсекают полость гидроцилиндра от пропорционального электрогидравлического преобразователя 10, удерживая заполненным гидравлической средой гидроцилиндр 11 и исключая тем самым возможные неконтролируемые движения парового клапана 9, которые чреваты аварийными ситуациями в целом гребной электрической установки 4.
Таким образом, при использовании предложенного изобретения достигается цель изобретения, а именно - повышается надежность и безопасность судовой турбогенераторной гребной электрической установки.
Источники информации
1. М.А. Воскресенский, Б.И. Есин. «Электрогидравлическая система регулирования судовой турбины», а.с. №464705, F01D 17/24, 25.03.1975.
2. Бернхард ЙЕРЬЕ (DE), Альфред ШВОПЕ (DE). «Система регулирования для регулирования частоты вращения турбины, а также способ регулирования частоты вращения турбины при сбросе нагрузки», патент РФ 2156865, публикация 27.09.2000.
3. М.А. Воскресенский, В.А. Гулый, Б.И. Есин. «Электрогидравлическая система регулирования судовой паротурбинной установки», а.с. №714026, F01D 17/22, 05.02.1980.