RU1815372C - Система регулировани газотурбинного двигател - Google Patents

Abstract

Использование: область турбостроени , системы регулировани  газотурбинных агрегатов . Сущность изобретени : система регулировани  с пневматическими св з ми, обеспечивает работу газотурбинного двигател  с электрическим генератором на двух видах топлива с возможностью перехода во врем  работы агрегата с одного вида топлива на другой в допустимых пределах частот вращени  при частичном и полном сбросе Нагрузки и предохран ющей лопаточный : аппарат газотурбинного двигател  от чрезмерных термических нагрузов на генератор со стороны сети. Система регулировани  содержит два канала подачи топлива (газообразного и жидкого), приводы стопорных клапанов и клапанов дежурного горени  в обоих каналах топливоподэчи и приводы выпускных воздушных клапанов в нагнетании циклового компрессора подключены к одной импульсной проточной линии пре- дельной защиты. Импульсные проточные линии имеют одинаковые дроссельные отверсти  на входе в эти линии и одинаковые сечени  отверстий в регул торе скорости дл  сброса воздуха из этих линий на всех режимах работы агрегата. Переключатель, обеспечивающей сброс воздуха из обоих импульсных линий, выполнен с посто нной суммарной площадью отверстий дл  сброса при любом его положении. Одна из полостей поршн  регул тора перепада, установ-: ленного в канале жидкого топлива, соединена с линией перед стопорным кла- паном, а друга -с линией за регулирующим клапаном, На лини х регулирующих кана-; лов установлены электромагнитные вентили , св занные с генератором. Система содержит скоростной золотник, св занный через специальную проточную импульсную . линию с мембранными исполнительными f механизмами клапанов, установленных в импульсных проточных лини х регулирующих клапанов. Замедлители приема нагрузки установлены в импульсных проточных лини х регулирующих клапанов, причем полость каждого мембранного исполнительного механизма замедлител  со стороны клапана подсоединена к импульсной проточной линии непосредственно, а имеюща  увеличенный обьем полость со стороны пружины - через дроссель. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ел с 00 ел со V4 N5

Description

Изобретение относитс  к области турбостроени , в частности к системам регулировани  газотурбинных агрегатов.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и расширение функциональных возможностей пневматической

системы регулировани  газотурбинного двигател , предназначенного дл  привода электрогенератора, обеспечение равных характеристик регулировани  при разных видах топлива..:

На фиг.1 изображены органы,, осуществл ющие командные функции регулировани  и защиты; на фиг.2 - исполнительные механизмы в системе топливоподачи к.горелкам камеры сгорани  на-фиг.З - выпускные воздушные и противопомпажные клапаны в нагнетании цикловых компрессоров высокого давлени  (КВД) и низкого (КНД). (В описании к Изобретению прин т вариант двухступенчатого компрессора); на фиг.4 - схемы управлени  разгонным двигателем (турбодетантером) и гидравлического еалоповоротного устройства КНД.

Командна  часть системы регулировав ни  содержит регул тор давлени  1 воздуха; пневмолинию посто нного давлени  2, к ко- торой через дроссельные шайбы 3. 4( 5, 6 подключены пневмолини  Предельной защиты 7 и импульсные пневмолинии 8. 9, Юг соедин ющие гидродинамический регул г тор скорости 11, переключатель топлива 12, ограничители приемистости 13и 14, электромагнитные вентили 15 и 16( замедлители приема нагрузки 17 и 18, в мембранных ис- полнительных механизмах которых полбсти со стороны пружины соединены с импульсными пневмолини ми 8 и 9 через дроссельные шайбы 19 и20. Система также содержит скоростной золотник 21 и регулирующие устройства 22 и 23, .в мембранных исполни - тельных механизмах которых полости со стороны пружины соединены с импульсной пневмолинией 10 через дроссельные шайбы

24 и 2&.. : : . . . : . : . Устройства защиты включают в себ 1, подсоединенные к линии 7, бойковыйавто-, мат безопасности 26 с выключателем 27 и кнопками управлени  28 и 29, гидродинамический автомат безопасности 30 и электромагнитный вентиль 31.

Исполнительна  часть системы регулировани  (фиг.2) содержит в канале 32 подачи газообразного топлива клапаны: отсечной 33, стопорный 34, регулирующий 35 дежурного горени  36, запальный 37, и соединенные с ними посредством импульсных пневмолинии электромагнитный вентиль 38, электромагнитный клапан 39, мембран ный клапан 40 и электромагнитные вентили 41 и 42. Каналы газообразного топлива подсоединены к горелкам камеры сгорани  через обратные клапаны 43,

В канале 44 жидкого топлива установле- nii топливный насос 45 с электроприводом, редукционный клапан 46, регул тор перепада давлени  47, стопорный клапан 48, регулирующий клапан 49 и два последовательно расположенных клапана дежурного горени  50 и 51, установленные в канале жидкого

топлива 52, Продувочный клапан 53 соеди нен с каналами 44 и 52. Электромагнитные вентили 54 и 55 соедин ют мембранные исполнительные механизмы клапанов 51 и 53 с пневмолинией посто нного давлени  2.

Каналы жидкого топлива подсоединены к горелкам камеры сгорани  через обратные клапаны 56;;:

Система впускных воздушных и проти- вопомпажных клапанов содержит два выпускных воздушных клапана 57 и 58 и противопомпажный клапан 59, входные патрубки которых соединены трубопроводами с нагнетанием циклового компрессора , а выходные - с атмосферой. Система

содержит также шесть пружинных противо- помпажных клапанов 60 и один противопомпажный клапан 61 с пневматическим исполнительным механизмом, соединенных входными патрубками с камерой промежуточнбй системы циклового компрессора, а при двухступенчатом цикловом компрессоре - с нагнетанием КНД, а выходными - с атмосферой. Электромагнитный вентиль 62 подключен к импульсной пневмолинии иснолнительного механизма клапана 58, электромагнитный вентиль 63 соединен с верхней полостью исполнительного меха- .низма клапана 61.

Система управлени  разгонным двигагелем соДержит сам разгонный двигатель (турбодетандер) 64, сцепное устройство 65, установленные в канале пускового газа отсечной 66 и пусковой 67 клапана. Входной канал импульсного электромагнитного клапана 68 Соединен через дроссель с пневмолинией посто нного давлени  -2, а выходной канал - с полостью мембранного исполнительного механизма отсечного клапана 66, к которой также подключен мембранный клапан 69, установленный, в пневмолинии предельной защиты 7. Входной канал импульсного сильфонного клапана 70 через дроссель соединен с пневмолинией посто нного дйвлени  2, выходной - с полостью

пускового клапана 67, а сильфом - через электромагнитный вентиль 71 и сцепное устройство с коллектором смазки. Правый и левый каналы валоповоротного устройства 27 подключены собственно к верхней и нижней Полост м электромагнитного золотники , средн   полость которого соединена с линией нагнетани  дожимной масл ной ус-. тановки 74 в которой также установлен редукционный клапан 75 и обратный клапан 76.

Работа всей системы регулировани  и отдельных ее элементов заключаетс  в следующем .

Пневмолини  7  вл етс  линией предельной защиты. При работе агрегата в этой линии 7 устанавливаетс  такое же давление, как и в линии 2, а при сбросе воздуха из этой линии одним из элементов защиты, давление в ней снижаетс , и происходит аварийна  остановка агрегата с перекрытием подачи топлива и с выбросом воздуха в атмосферу после циклового компрессора. Од- новременно подаетс  команда на отключение генератора от электрической цепи.-

Импульсные пневмолинии 8 и 9  вл ютс  основными проточными лини ми. Они воздействуют через мембранные исполнительные механизмы на положение клапанов , регулирующих подачу топлива в камеру сгорани . Лини  8 управл ет клапаном газообразного топлива, а лини  9 - жидкого. Эти линии подключены к гидродинамическому регул тору скорости 11, воспринимающему измерени  напора масла при изменении ча- стоты вращени  насоса-импеллера, установленного на силовом валу двигател . Эти линии подключены к переключателю топлива 12. При изменении частоты вращени , например, при увеличении, в регул торе скорости 11 увеличиваютс  сечени  окон, через которые сбрасываетс  воздух из основных импульсных пневмолинии 8 и 9. Давление в лини х 8 и 9 снижаетс  и клапаны 35 (дл  газообразного топлива) и 49 (дп  жид- кого топлива) своими мембранными исполнительными механизмами прикрывают подачу топлива . Одним из условий надежной работы регул тора скорости 11  вл етс  обеспечение им равного открыти  или при- крыти  по сечению сбросных окон из обоих пневмолинии 8 и 9, а при равенстве сечений дроссельных шайб 4 и 5 и одинаковости характеристик регулирующих клапанов 35 и 49 и их исполнительных механизмов (давле- ние в пневмолини х 8 и 9 - ход клапана 12 - расход топлива) обеспечиваетс  однозначность работы регулировани  на любом из видов топлива и на двух одновременно.

Ограничители приемистости 13 и 14, подключенные к основным пневмолини м 8 и 9, ограничивают максимальное давление в пневмолини х 8 и 9 в зависимости от давлени  за цикловым компрессором, а в ко- нечном итоге ограничивают максимальную температуру за камерой сгорани  дл  каждого конкретного режима работы агрегата.

Электромагнитные вентили 15 и 16 используютс  дл  сброса воздуха из основных

импульсных пневмолинии 8 и 9 по импульсу отключени  генератора от сети с целью быстрого перекрыти  топливных клапанов 34 и 35 и 48, 49 дл  удержани  частоты вращени  агрегата в допустимых пределах.

К каждому из замедлителей приема нагрузки 17 и 18 подведен воздух от одной из основных импульсных пневмолинии 8 и 9, Этот воздух может быть выпущен в атмосферу клапанами замедлителей 17 и 18с помощью пружинных мембранных исполнительных механизмов, управл емых давлением этих же импульсных пневмолинии 8 и 9. подведенных по обе стороны мембраны . При этом полости со стороны клапанов имеют минимальные объемы и давление передаетс  к ним без дросселировани , а полости со стороны пружин имеют увеличенные объемы, и воздух туда поступает через отверсти  в дроссельных шайбах 19 и 20. При нормальной работе воздух из основных импульсных пневмолинии 8 и 9 через замедлители 17 и 18 не сбрасываетс , давление в обоих полост х замедлителей 17, 18 одинаковые и клапаны удерживаютс  в закрытом положении пружинами. При резком увеличении нагрузки регул тор скорости 11 отреагировал бы быстрым увеличением давлений в основных импульсных пневмолини х 8 и 9 дл  открыти  топливных клапанов 35 и 49. но при наличии замедлителей эти давлени  быстро не увеличиваютс , и быстрого увеличени  топли- воотдачи не произойдет, т.е. клапаны в замедлител х 17, 18 откроютс , и произойдет сброс воздуха в атмосферу. Клапаны открываютс  потому, что в no/юсти с пружинами воздух поступит через дроссели 19 и 20, и давление в этих полост х будет расти медленнее. Увеличение приема нагрузки во времени, необходимое дл  снижени  термических напр жений в лопатках двигател , может быть отрегулировано размером дроссельных отверстий шайбах 19 и 20.

Аналогичным образом замедлители действуют при резком изменении задани  на регул торе скорости 11. что особенно важно в период пуска агрегата после зажигани  факела, т.к. воздух от компрессоров поступает в камеру сгорани  в недостаточном количестве, и замедление открыти  ре- гулирующих клапанов предохранит лопаточный аппарат двигател  от пережога.

Скоростной золотник 21 и регулирующие устройства 22 и 23 с пружинными мембранными исполнительными механизмами предназначены дл  закрыти  топливных клапанов по величине ускорени  частоты вращени  при сбросе нагрузки.

При нормальной работе агрегата, когда астота вращени  неизменна или измен ет  медленно, давление в проточной линии 10 также неизменно или измен етс  плавно клапаны в устройствах 22и 23 нат жением пружин прикрывают выпуск воздуха из основных импульсных пневмолиний 8. 9. При отключении генератора от электрической ети или при частичном сбросе нагрузки, когда генератор работает на индивидуальную сеть частота вращени  вала двигател  начнет быстро увеличиватьс . В скоростном золотнике 21 прикрываетс  сбросное отверстие , выпускающее воздух из проточной линии 10, и давление в ней начнет быстро повышатьс . Сразу же оно повыситьс  и в полост х мембран со стороны клапанов, а в, полост х с пружинами из-за наличи  шайб 24 и 25, и значительного объема полостей оно останетс  в первый момент неизменным , и клапаны в устройствах 22, 23 откроютс  дл  выпуска воздуха из импульсных пневмолиний 8, 9 что своевременно сократит топливоподачу. Скорость и величина ot- работки регулирующих устройств 22, 23 зависит от величины сброса нагрузки и площади отверстий в дроссельных шайбах 24 и 25. - . . .; Со временем давлени  в полост х, где установлены пружины, сравн ютс  с давлением в импульсной гжевмолинии 10, регулирующие устройства 22 и 23 прекрат т воздействие на уменьшение топливоотда- чи, и она будет находитьс  под управлением регул тора скорости 11.

Рассмотрим пуск газотурбинного двигател  и его работу на газообразном топливе при остановленном насосе жидкого топлива 45 и при установке переключател  топлива 12 в положение работы на газообразном топливе..

На агрегате включаетс  пусковой масл ный насос и пусковой компрессор дл  заполнени  системы „ регулировани  воздухом. Включаетс  в работу дожимной масл ный насос 74 и периодической подачей напр жени  к электромагнитному зО- лотнику 73 вводитс  в работу валоповоротноеустройство 72 дл  проворачивани  вала КНД. Нажатием на кнопку 28 взводитс  (или провер етс  взведение) выключатель 27 автомата безопасности 26. Ус- танавливаетс  под напр жение электромагнитный вентиль 41. Воздействием на механизм управлени  регул тора скорости 11 в сторону уменьшени  задани  частоты вращени  закрываетс  сброс воздуха из пневмолиний предельной защиты 7 и в линии устанавливаетс  рабочее давление . Открываютс  стопорные клапаны 34 и

48 и клапан дежурного горени  50. Пйдачей напр жени  к электромагнитному вентилю 71 и к электромагнитному клапану 68 включаетс  в работу разгонный двигатель 64 и

компрессорный вал высокого давлени  начинает вращатьс . Подаетс  напр жение к электромагнитному клапану 39. В канале подачи газообразного топлива 32 открыва- етс  отсечной клапан 33. в камере сгорани 

0 включаетс  электрический запал и подаетс  напр жение на электромагнитный вентиль 42, открываетс  клапан 37, и в камере зажигаетс  факел. Отключаетс  напр жение от электромагнитного вентил  41, и открываетс  клапан дежурного горени  36, после чего закрываетс  клапан 37. В регул торе скоро- сти механизм управлени  постепенно переводитс  в сторону увеличени  задани  частоты вращени . Сброс воздуха из про0 точной линий прикрываетс , и с некоторого момента начинает открыватьс  регулирующий клапан 35. Подачей топлива, в камеру увеличиваетс  частота вращени . С некоторого момента начнет вращатьс  вал КНД,

5 валоповоротноеустройство 72 отключаетс , и остановитс  Дожимной масл ный насос 74. Отключаетс  и останавливаетс  разгонный двигатель 64, останавливаютс  пауковые масл ный насо.с и компрессор.

0 Регул тором скорости 11 устанавливаетс  рабоча  частота вращени , генератор синхронизируетс  с сетью и включаетс  б нее. Воздействием на механизм управлени  регул тора скорости 12 устанавливаетс  тре5 буема  нагрузка генератора.

Если пуск производитс  на жидком топливе , то переключатель топлива 12 устанавливаетс  в положений работы на жидком .топливе, открываютс  стопорные клапаны

0 34 и 48 и клапан 50, запускаетс  в работу разгонный двигатель 64 и валоповоротное устройство КРД 72, включаетс  в работутопливный насос 45.

В линии 52 перед редукционным клапа5 ном 46 устанавливаетс  максимальное рабочее давление топлива, и в линии перед стопорным клапаном 48 за счет работы регул тора перепада 47 установитс  давление , равное величине перепада, на который

0 настроен регул тор 47, т.к. в это врем  в канале подачи топлива 52 за регулирующим клапаном 49 давлени  нет. Включаетс  запал и подаетс  напр жение на электромагнитный вентиль 54. Открываетс  клапан 51.

5 В камере зажигаетс  факел. Воздействием на механизм управлени  регул тора скорости 11 в сторону увеличени  частоты вращени  повышаетс  давление в проточной линии 9. Начинает открыватьс  регулирую- щий клапан 49. Частота вращени  вала двигател  повышаетс . Отключаетс  вало.пово- ротное устройство КНД 72, останавливаютс  разгонный двигатель 64, пусковой масл ный насос, пусковой компрессор и до- жимна  масл на  установка 74. Устанавливаетс  рабоча  частота вращени  вала двигател , синхронизируетс  генератор, и он включаетс  в сеть. Загружаетс  генератор воздействием на механизм управлени  регул тора скорости 11.

Во врем  работы на одном из топлив имеетс  возможность перейти на одновременную работу на двух топливах, либо перейти с одного топлива на другое.

Например, двигатель работал на газообразном топливе и возникла необходимостьподключени  жидкого. Осуществл етс  это следующим образом:

Запускаетс  топливный насос 45 жидкого топлива. Подаетс  напр жение к электромагнитному вентилю 54, Откроетс  клапан 51, и в камеру поступит дежурное жидкое топливо. Нагрузка на генераторе несколько повыситс , но при необходимости ее можно восстановить, воздейству  на механизм управлени  регул тора скорости 11 за счет сокращени  расхода газообразного топлива . Механизм управлени  переключател  12 перемещаетс  в сторону работы на жидком топливе. При этом регулирующий клапан 35 в канале газообразного топлива за счет открыти  в переключателе 12 сброса воздуха из импульсной пиевмолинии 8, начнет прикрыватьс , а регулирующий клапан 49 в канале жидкого топлива 44. За счет прикрыти  в переключателе 12 сброса воздуха из импульсной пневмолинии 9 будет открыватьс . При необходимости можно совершать и полный переход, который закончитс  снижением напр жени  с электромагнитного клапана 39 и установкой под напр жение электромагнитного вентил  41. Перекроетс  отсечной клапан 33 и закроетс  клапан дежурного горени  36. В этом момент нагрузка не генераторе за счет перекрыти  дежурного газообразного топлива несколько сократитс , но ее при необходимости можно восстановить, воздейству  на механизм управлени  регул тора скорости 11 дл  открыти  регулирующего клапана 49.

Остановка агрегата может быть с постепенной разгрузкой генератора с последующим отключением его от сети и с постепенным прикрытием топливоподачи и также последующим отключением генератора .

Остановка может быть происходить и по импульсу аварийной остановки, как от руки нажатием на кнопку 29, так и автоматически от срабатывани  автоматов безопасности

26 и 30 или электромагнитного вентил  31. Во всех случа х происходит автоматическое отключение генератора от сети, остановка топливного насоса 45 жидкого топлива, от5 ключение напр жени  от электромагнитного клапана 39 и закрытие отсечного клапана 33. В результате снижени  давлени  в пневмолинии предельной защиты 7 закроютс  стопорные клапаны 34 и 48, клапаны дежур0 ного горени  36 и 50.

Окрытием электромагнитного вентил  63 открываетс  за КНД выпускной клапан 61. В регул торе скорости 11 срабатывает астатическое устройство, в результате чего

5 закроютс  и регулирующие клапаны 35 и 49.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Система регулировани  газотурбинного двигател , содержаща  гидродинами0 ческий регул тор скорости с механизмом управлени , имеющий окно сброса воздуха, св занный через дроссели импульсными пневмолини ми с регулирующим клапаном и ограничителем приемистости и пневмоли5 нией предельной защиты - со стопорным клапаном, устройствами запуска двигател  и выпускным воздушным клапаном, установленным совместное противопомпажны- ми клапанами, в линии нагнетани 

   0 компрессора высокого давлени , отличающа с  тем, .что, с целью повышени  надежности и расширени  функциональных возможностей путем, обеспечени  работы двигател , на двух видах топлива,система

   5 содержит клапаны дежурного горени , переключатель топлива с посто нной суммарной площадью сечений дл  сброса воздуха, дополнительные выпускные воздушные, регулирующий и стопорный клапаны, соеди0 пенные с пнёвмолйнией предельной защиты, регул тор перепада давлений с пружиной и поршневой полост ми, перва  из которых соединена с выходом дополнительного регулирующего клапана, а втора  5 с входом дополнительного стопорного клапана , два электромагнитных вентил , подключенных к импульсным пневмолини м, и электромагнитный вентиль, подключенный к пневмолинии предельной защиты, два ре0 гулирующих устройства с мембранными приводами, имеющие пружинные и штоко- вые полости, подключенные к импульсным пневмолини м, дроссельные шайбы, дополнительную импульсную пневмолинию и ско5 ростной золотник, св занный дополнительной импульсной пнепмолинией со штоковыми полост ми и через дроссельные шайбы с пружинными полост ми регулирующих устройств, замедлители приема нагрузки с пружинными и штоковыми полост ми , подключенными к импульсным пнев- молини м, причем штоковые полости подключены непосредственно, а пружинные - через дроссельные шайбы.
2. 2. Система по п. 1, от л и ч а ю щ а   с   тем. что, с целью обеспечени  равных характеристик регулировани  при разных видах топлива, гидродинамической регул тор скорости имеет дополнительное окно сброса воздуха, причем оба окна сброса воздуха имеют одинаковые сечени , а площади отверстий дроссельных шайб на входе в импульсные пневмолинии также одинаковы.

   Сн.Фт.2