Устройство системы регулирования

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ
ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГТК-10-4
Конспект лекций
Екатеринбург
2010
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Оглавление
Пневматическая система регулирования .......................................................... 3
Назначение системы ........................................................................................... 3
Устройство системы регулирования ................................................................. 3
Предпусковое состояние САР............................................................................ 6
Последовательность работы САР при пуске турбины .................................... 6
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения .......................... 8
Работа системы регулирования при остановке турбины ................................ 9
Гидравлическая система регулирования ........................................................ 11
Назначение и устройство системы .................................................................. 11
Предпусковое состояние САР.......................................................................... 15
Последовательность работы САР при пуске турбины .................................. 16
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения ........................ 18
Работа системы регулирования при остановке турбины .............................. 18
Электромеханическая система регулирования .............................................. 20
Назначение САР ................................................................................................ 20
Устройство системы регулирования ............................................................... 21
Предпусковое состояние САР.......................................................................... 24
Последовательность работы САР при пуске турбины .................................. 24
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения ........................ 26
Работа системы регулирования при остановке турбины .............................. 26
2
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Пневматическая система регулирования
Назначение системы
Основная задача системы регулирования - поддержание заданного
режима работы газотурбинной установки, т.е. обеспечение требуемой
мощности при установлении частот вращения валов турбин и температуры
продуктов сгорания ниже предельно допустимых значений. Необходимая
мощность турбины, частота вращения силового вала и температура перед
турбиной регулируются путем изменения количества топлива, подаваемого к
горелкам камеры сгорания.
Важнейшей функцией, выполняемой системой автоматического
регулирования (САР), является экстренная остановка турбины в ситуациях,
предвещающих аварию: при возникновении осевого сдвига валов ГТУ, при
достижении максимально допустимой частоты вращения валов турбины
высокого давления, турбины низкого давления и турбодетандера и т.д.
В системе предусмотрена защита воздушного осевого компрессора от
помпажа. Кроме того, во время пуска САР осуществляет автоматическое
управление сцепной муфтой турбодетандера и клапаном на подаче пускового
газа, предотвращает зажигание факела в камере сгорания до ее продувки
воздухом.
Устройство системы регулирования
Система автоматического регулирования гидропневматическая
выполнена по схеме непрямого регулирования с пневматическими
серводвигателями и усилителями (Рис.5.1). Воздух для работы
серводвигателей поступает из воздушного станционного коллектора через
вентиль (ВВ). Перед использованием в системе воздух охлаждается и
очищается в блоке воздухоподготовки, а также регулируется до давления
0,14 МПа. Это давление поддерживается регулятором давления (РДВ) в
линии постоянного давления (ВПД). Вентиль (ЭМВ5) на подводящем
трубопроводе к регулятору используется для подачи воздуха к системе при
запуске агрегата.
Основными регулирующими органами системы являются стопорный
(СК) и регулирующий (РК) клапаны, положение которых определяет
количество газового топлива, подводимого из станционного коллектора к
камере сгорания. В топливном коллекторе станционными средствами
поддерживается давление 1,5 МПа. В качестве привода этих клапанов
используются мембранные пневматические сервомоторы (ССК и СРК).
3
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Рис.5.1. Схема пневматической системы регулирования
газотурбинной установки ГТК-10-4:
ВПУ-валоповоротное устройство; ГМНС-главный маслонасос; АБ-автомат
безопасности; ОК-осевой компрессор; СБК-сбросные клапаны; ВВКвыпускные воздушные клапаны; ТВД-турбина высокого давления; ТНДтурбина низкого давления; РС-регулятор скорости; ИМП-насос импеллер;
ТД-турбодетандер; РМ-расцепная муфта; ПВ-пневматический выключатель;
СВ-сжатый воздух; ВВ-воздушный вентиль; ВП-подогреватель воздуха; КСкамера сгорания; ЭМВ-электромагнитный вентиль; ПГ-пусковой газ; ВОохладитель воздуха; ФВ-фильтр воздуха; КО-конденсатоотводчик; РДВрегулятор давления воздуха; ЗО-золотник отсечной; ВПД-воздух
постоянного давления; ВПЗ-воздух предельной защиты; ПВ-проточный
воздух; ОП-ограничитель приемистости; ЭМП-золотник с электромагнитным
приводом; РК-регулирующий клапан; СРК-сервомотор РК; СК-стопорный
клапан; ССК-сервомотор СК; ТГ-топливный газ; ИН-инжектор; МБмаслобак; КОС-клапан обратный сдвоенный; ПМНС-пусковой маслонасос;
РДМ-регулятор давления масла; МО- маслоохладитель; ФТО-фильтр тонкой
очистки; М-электродвигатель РС, ВПУ
4
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Основным регулятором является регулятор скорости (РС),
поддерживающий заданную частоту вращения вала турбины низкого
давления (ТНД). Управляющим импульсом регулятору служит напор от
масляного насоса – импеллера (ИМП), установленного на силовом валу
турбины. Регулятор скорости снабжен механизмом задатчика частоты
вращения, подключенным к системе автоматического и дистанционного
управления. Максимальная температура перед турбиной ограничивается с
помощью ограничителя приемистости (ОП) и золотника с электромагнитным
приводом (ЭМП) регулятора температуры.
Основные связи в пневматической системе обеспечиваются двумя
рабочими линиями – проточной (ПВ) и предельной защиты (ВПЗ).
В проточную линию воздух поступает из линии постоянного давления
через дроссельную шайбу диаметром 4 мм. Проточная линия осуществляет
связь между гидродинамическим регулятором скорости (РС), ограничителем
приемистости (ОП), отсечным золотником (ЗО), золотником с
электромагнитным приводом (ЭМП) малоинерционного регулятора
температуры и серводвигателем регулирующего клапана (СРК). В регуляторе
скорости, золотнике с электромагнитным приводом и ограничителе
приемистости воздух из проточной линии может выпускаться в атмосферу.
Количество выпускаемого воздуха определяет давление в проточной линии, а
оно, в свою очередь, положение регулирующего (РК) и выпускных клапанов
(ВВК). При давлении около 0,12 МПа, когда выпуск воздуха практически
отсутствует, регулирующий клапан полностью открыт, а воздушные
выпускные клапаны закрыты. По мере снижения давления регулирующий
клапан будет прикрываться и закроется при давлении менее 0,06 МПа. При
дальнейшем снижении давления перестанавливается отсечной золотник и
открываются выпускные клапаны. Произойдет это при давлении менее
0,05 МПа.
Воздух в линию предельной защиты (ВПЗ) подведен через
дроссельную шайбу диаметром 2,5 мм. Этой линией связаны
гидродинамический регулятор скорости, электромагнитные вентили ЭМВ1
и ЭМВ2, выключатель (ПВ) автомата безопасности (АБ) турбины высокого
давления (ТВД) и турбодетандера (ТД), выключатель автомата безопасности
силовой турбины (ТНД) и сервомотор привода стопорного клапана. Давление
в этой линии определяет положение стопорного клапана. Клапан открыт,
если выпуск воздуха из линии перекрыт, и давление в ней поддерживается
постоянным 0,14 МПа. При открытии выпуска воздуха в одном из
перечисленных устройств давление в линии снижается и стопорный клапан
закрывается.
Противопомпажная
защита
воздушного
компрессора
(ОК)
осуществляется частичным выпуском воздуха за 4 ступенью через восемь
сбросных клапанов (СБК) при запуске и останове ГТУ.
5
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Пневматический ограничитель приемистости (ОП) используется для
ограничения подачи топлива в камеру сгорания, а, следовательно, и
максимальной температуры в зависимости от давления воздуха за
компрессором.
Защита от осевого сдвига валов агрегата выполнена с помощью
пневматических реле осевого сдвига соплового типа и электроконтактных
манометров.
Помимо основной задачи (регулирования подачи топлива,
предохранения от помпажа, аварийного отключения) система регулирования
управляет сцепным устройством (РМ) турбодетандера и клапаном (13) на
подаче пускового газа (ПГ).
Предпусковое состояние САР
Перед пуском ГТУ органы регулирования занимают следующие
положения.
Регулятор скорости находится в исходном состоянии “РС-max”. Через
него полностью открыт сброс воздуха в атмосферу из линий предельной
защиты и проточной. Давление в этих линиях низкое, стопорный и
регулирующий клапаны пружинами в пневмоприводах удерживаются в
закрытом положении.
Импульсные клапаны на воздушных выпускных клапанах открыты, но
тарелки ВВК пружинами опущены вниз и закрывают выход из нагнетания
компрессора в атмосферу.
Отсутствует напряжение на всех электромагнитных вентилях
ЭМВ1-5, и они закрыты. Таким образом, выпуск воздуха из линии
предельной защиты через ЭМВ1,2 перекрыт. Перекрыта ЭМВ3 подача масла
к сцепному устройству (РМ) турбодетандера. Сцепное устройство
отключено, а клапан (13) на пусковом газе закрыт.
В золотнике с электромагнитным приводом (ЭМВ) регулятора
температуры и ограничителе приемистости (ОП) отверстия для выпуска
воздуха из проточной линии перекрыты.
Выключатели (ПВ) автоматов безопасности взведены. Выпуск воздуха
предельной защиты через выключатели перекрыт.
Последовательность работы САР при пуске турбины
Пуск турбины начинается с включения пускового (ПМНС) и
маслонасоса уплотнения нагнетателя. Открывается электромагнитный
вентиль ЭМВ5, подавая воздух из станционного коллектора в систему
регулирования. При повышении давления на смазку подшипников турбины
до 0,05 МПа и на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя до
6
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
0,3 МПа включается (встает в дежурный режим) защита по давлению масла
смазки. Включается электродвигатель (М) регулятора скорости на
непрерывное вращение “РС-ниже”. В регуляторе скорости управляющий
клапан опускается вниз. Закрывается сброс воздуха из линии предельной
защиты. Давление в этой линии увеличивается до величины 0,14 МПа, и
стопорный клапан (СК) открывается. Электродвигатель при достижении
регулятором скорости второго конечного положения “РС-min” отключается.
Включается
валоповоротное
устройство
(ВПУ),
ротор
турбокомпрессора страгивается с места и начинает проворачиваться с
частотой 10 мин-1. Подается напряжение к электромагнитному вентилю
ЭМВ3, он открывается. Масло от пускового насоса поступает в рабочую
полость сцепного устройства. Поршень РМ, сжимая пружину, передвигается
и вводит в зацепление шестерню вала турбодетандера с шестерней на валу
турбокомпрессора. После зацепления шестерней происходит подача масла к
сервомотору клапана 13, он откроется. После открытия крана 11 (кран 10закрывается) пусковой газ (ПГ) поступает на рабочее колесо турбодетандера,
и он начнет разгонять вал турбокомпрессора.
С увеличением частоты вращения вала турбокомпрессора отключается
валоповорот (ВПУ). При достижении валом ТВД частоты вращения 500 мин-1
по сигналу реле давления воздуха за компрессором (закончена продувка
камеры сгорания и проточной части турбины) начинается процедура
зажигания факела в камере сгорания. Открывается кран 15, включаются
запальные свечи. Газ из пусковой системы поступает к запальным горелкам
КС. Через 3 секунды после начала процедуры зажигания открывается кран 12
(закрывается кран 9). Топливный газ (ТГ) через открытый стопорный клапан
поступает на дежурную горелку. В камере сгорания зажигается факел. По
истечении 20 секунд с начала процедуры зажигания отключается запальная
система (закрывается кран 15, снимается напряжение с запальных свечей).
При окончании прогрева турбины на пламени дежурной горелки
(температура за ТНД более 100С) включается электродвигатель регулятора
скорости на непрерывное вращение “РС-выше”. Управляющий клапан в
регуляторе скорости перемещается вверх. Уменьшается сброс воздуха из
проточной линии через РС. Давление воздуха в проточной линии
повышается. Когда давление достигнет величины не менее 0,05 МПа,
переставляется отсечной золотник (ЗО) и подает воздух из линии
постоянного давления на закрытие импульсных клапанов воздушных
выпускных клапанов (ВВК). Полости над тарелками ВВК отсекутся от
атмосферы, и клапаны будут принудительно закрыты не только усилием
пружин, но и давлением воздуха над тарелками, равным давлению за
компрессором.
При повышении давления в проточной линии до 0,06 МПа открывается
на 1,5 мм регулирующий клапан, воспламеняются основные горелки в камере
7
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
сгорания. Двигатель РС останавливается. Турбина прогревается в режиме
минимальной подачи топлива 1 минуту.
По истечении времени второго прогрева включается двигатель
регулятора скорости на импульсное вращение “РС-выше”. Уменьшается
сброс воздуха из проточной линии через РС. Давление в ней постепенно
увеличивается, что приводит к постепенному открытию регулирующего
клапана. Увеличивается подача топлива в камеру сгорания, растет частота
вращения вала ТВД, страгивается с места и начинает разгоняться вал ТНД.
Программное
управление
двигателем
регулятора
скорости
обеспечивает разгон турбины со скоростью нарастания температуры за ТНД
не более 30С в минуту.
При частоте вращения вала ТВД 2500 мин-1 турбина становится
самоходной. По сигналу реле скорости системы управления закрывается
кран11 (кран 10 открывается), прекращая подачу пускового газа к
турбодетандеру. Одновременно закрывается ЭМВ3. Подвод масла к
сцепному устройству прекратится. При этом закроется клапан 13.
Турбодетандер остановится. Во избежание разгона вала турбодетандера
газом, оставшимся в трубопроводе после крана 11, перекрытие клапана 13
происходит быстрее, чем расцепление шестерен.
Когда частота вращения вала турбокомпрессора достигнет 3900
-4400 мин-1, компрессор выйдет из зоны “запрещенных” оборотов, при
которой опасность помпажа будет отсутствовать. Сбросные клапаны (СБК)
от действия на них давления воздуха автоматически закроются.
Пуск заканчивается, когда частота вращения вала ТВД достигнет
величины 4200 мин-1. По сигналу системы управления закроются краны 3 и
3 бис в технологической обвязке нагнетателя. Двигатель регулятора
скорости останавливается. Поддержание режима холостого хода ГТУ с
частотой вращения силового вала не менее 3300 мин-1 будет осуществляться
автоматически регулятором скорости.
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения
силового вала
Поддержание заданной частоты вращения силового вала (в пределах от
минимальной - 3300 мин-1 до максимальной - 5000 мин-1) осуществляется
следующим образом.
При увеличении нагрузки частота вращения ТНД снизится, то из-за
уменьшения напора от импеллера через регулятор скорости уменьшится
выпуск воздуха из проточной линии, давление в ней возрастет.
Регулирующий клапан приоткроется, и снижение частоты вращения
прекратится.
При повышении частоты вращения вала ТНД из-за снижения нагрузки
8
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
регулятор скорости действует в обратном порядке. Снижается давление в
проточной линии, и регулирующий клапан прикрывается.
Неравномерность работы регулятора скорости при номинальной
частоте вращения составляет 4-5. При работе агрегата давление в
проточной линии изменяется в пределах от 0,06 до 0,12 МПа. Это изменение
соответствует полной перестановке регулирующего клапана.
В случае мгновенного сброса нагрузки и резкого увеличения частоты
вращения ТНД регулятор скорости может увеличить выпуск воздуха из
проточной линии настолько что закроется регулирующий клапан и
откроются выпускные клапаны. После открытия выпуска воздуха за ОК
увеличение частоты вращения вала ТНД прекратится. Когда частота
вращения с учетом имеющейся неравномерности восстановится, и
выпускные клапаны закроются, регулирующий клапан откроется на
величину, необходимую для поддержания заданной частоты вращения уже
для сниженной нагрузки.
Работа системы регулирования при остановке турбины
Остановка турбины может быть нормальной и аварийной.
Нормальная остановка производится с постепенным разгружением.
Включается электродвигатель регулятора скорости на импульсное вращение
“РС-ниже”. Приоткрывается сброс воздуха из проточной линии, давление в
ней снижается, регулирующий клапан постепенно прикрывается, уменьшая
подачу топлива в камеру сгорания. Снижается частота вращения валов
турбины. По мере снижения частоты вращения вала турбокомпрессора, при
снижении давления воздуха за четвертой ступенью ОК открываются
сбросные клапаны.
Программное
управление
двигателем
регулятора
скорости
обеспечивает разгрузку турбины со скоростью снижения температуры за
ТНД не более 30С в минуту.
При снижении давления в проточной линии ниже 0,06 МПа
регулирующий клапан закрывается. Прекращается подача топливного газа на
основные горелки камеры сгорания. Двигатель регулятора скорости
останавливается.
Подается напряжение на электромагнитные вентили ЭМВ1 и ЭМВ2,
они открываются. Воздух из линии предельной защиты сбрасывается в
атмосферу, закрывается стопорный клапан. Прекращается подача топливного
газа к дежурной горелке, факел в камере сгорания гаснет. Закрывается кран
12 (открывается кран 9).
Падение давления в линии предельной защиты приводит к
дополнительному открытию сброса воздуха через регулятор скорости из
проточной линии. Со снижением давления в проточной линии ниже
9
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
0,04 МПа переставляется отсечной золотник, перекрывая подачу воздуха из
линии постоянного давления к импульсным клапанам выпускных клапанов.
Выпускные клапаны за счет усилия от давления воздуха за компрессором
открываются, сбрасывая воздух из трубопровода после ОК. В результате
перекрытия подачи топлива и выпуска воздуха после осевого компрессора
турбина быстро останавливается.
После закрытия стопорного клапана двигатель регулятора скорости
включается на непрерывное вращение “РС-выше”. Происходит возвращение
регулятора скорости в его в исходное состояние “РС-max”. После чего
двигатель останавливается.
Аварийная остановка турбины производится по сигналу из системы
управления агрегата при срабатывании любой из защит или нажатии кнопки
“АО” на пульте управления. Аварийная остановка может быть проведена
воздействием на любую из пневматических кнопок аварийной остановки
автоматов безопасности.
Открываются электромагнитные вентили ЭМВ1 и ЭМВ2, во втором
случае также срабатывают пневматические выключатели автоматов
безопасности. В обоих случаях из линии предельной защиты в атмосферу
сбрасывается воздух. Давление в линии резко снижается, и стопорный клапан
закрывается. Полностью прекращается подача топливного газа в камеру
сгорания, факел гаснет. В регуляторе скорости из-за резкого падения
давления воздуха предельной защиты открывается сброс из проточной
линии. Давление в ней снижается, что приводит к закрытию регулирующего
клапана и открытию выпускных воздушных клапанов. Закрывается кран 12
(открывается кран 9).
Валы турбины начинают “выбегать”. При снижении давления воздуха
за четвертой ступенью ОК открываются сбросные клапаны.
После закрытия стопорного клапана двигатель регулятора скорости
включается на непрерывное вращение “РС-выше”. Происходит возвращение
регулятора скорости в его в исходное состояние “РС-max”. После чего
двигатель останавливается.
Экстренная остановка одного из последовательно работающих
агрегатов в группе может вызвать помпаж нагнетателя второго агрегата,
который остается в работе. Избежать этого можно, если откроется кран 6. На
этом агрегате сбрасывается нагрузка, и частота вращения силового вала
турбины резко возрастает. Иногда при этом срабатывает автомат
безопасности на валу ТНД, и агрегат останавливается.
Для снижения динамического превышения частоты вращения силового
вала в системе регулирования предусмотрен электромагнитный вентиль
ЭМВ4, установленный на трубопроводе слива масла из импульсной линии
регулятора скорости. Перед сливным трубопроводом на импульсной линии
Установлена дроссельная шайба диаметром 5 мм. Когда вентиль ЭМВ4
10
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
закрыт, регулятор скорости выполняет свои функции нормально.
По импульсу аварийной остановки одного из работавших в паре
агрегатов на оставшемся в работе открывается ЭМВ4. Давление масла над
поршнем регулятора скорости падает, увеличивается выпуск воздуха из
проточной линии. Прикрывается регулирующий клапан, и, возможно,
открываются выпускные клапаны, чем предупреждается заброс частоты
силового вала. Вентиль ЭМВ4 закрывается после разгрузки агрегата.
Давление над поршнем в регуляторе скорости восстанавливается, и
регулирующий клапан устанавливается в положение, соответствующее
новой нагрузке.
Гидравлическая система регулирования
Назначение и устройство системы
Система автоматического регулирования предназначена для
осуществления операций пуска, останова, изменения режима работы и
защиты ГТУ при возникновении аварийных ситуаций.
Основная задача регулирования - поддержание постоянного режима
работы - производится изменением количества топливного газа подаваемого
в камеру сгорания регулирующим клапаном, расположенным в блоке
клапанов. К блоку клапанов природный газ подводится из станционного
коллектора, в котором поддерживается постоянное давление 1,5 МПа.
Система регулирования выполнена с гидравлическими связями и
усилителями (сервомоторами) и обеспечивается маслом из общей системы
маслоснабжения ГТУ через регулятор давления “после себя”,
поддерживающего постоянное давление 0,5 МПа.
Функции системы автоматического регулирования:
- поддержание постоянной частоты вращения ротора ТНД;
- изменение частоты вращения ротора ТНД с помощью задатчика регулятора
скорости;
- управление стопорным топливным клапаном;
- управление пусковым турбодетандером;
- прекращение подачи топливного газа в камеру сгорания и открытие
выпускных воздушных клапанов при срабатывании любой защиты: бойковых
автоматов безопасности, гидродинамического автомата безопасности, реле
осевого сдвига, электрического сигнала остальных защитных устройств
агрегата;
- управление при аварийном останове одного из последовательно
работающих агрегатов в группе.
В состав системы автоматического регулирования (Рис. 5.2) входят
следующие компоненты:
11
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
- регулятор скорости РС c электродвигателем М;
- блок стопорного СК и регулирующего РК клапанов с ограничителем
приемистости ОП, золотником обратной связи ЗОС и золотником
дополнительным ЗД;
- выпускные воздушные клапаны ВВК;
- регулирующее устройство турбодетандера ТД, состоящее из
переключающего электромагнитного золотника ПЭЗ, расцепной муфты РМ и
клапана турбодетандера номер 13;
- регуляторы давления масла РДМ;
- электромагнитный выключатель ЭМВ;
- насос импеллер ИМП;
- масляные выключатели МВ с переключающими золотниками ПЗ автоматов
безопасности АБ валов ТВД, ТД и ТНД;
- реле осевого сдвига роторов ТВД и ТНД;
- сбросные (противопомпажные) воздушные клапаны СБК компрессора;
- гидродинамический автомат безопасности ГАБ;
- золотник с электромагнитным приводом ЭМП регулятора температуры.
Основным регулятором в системе является регулятор скорости (РС),
поддерживающий заданную частоту вращения вала турбины низкого
давления (ТНД). Управляющим импульсом регулятору служит напор от
масляного насоса – импеллера (ИМП), установленного на силовом валу
турбины. Масло к насосу импеллеру подводится из системы смазки агрегата.
Напор импеллера используется также в качестве управляющего импульса для
гидродинамического автомата безопасности. Регулятор скорости снабжен
механизмом задатчика частоты вращения, подключенным к системе
автоматического и дистанционного управления.
Максимальная
температура перед турбиной ограничивается с
помощью ограничителя приемистости (ОП) и золотника с электромагнитным
приводом (ЭМП) регулятора температуры.
Гидравлические связи в системе регулирования обеспечиваются за счет
изменения давления масла:
- в проточной линии МП;
- в линии предельной защиты МПЗ;
- в линии предельного регулирования МПР.
В каждую из этих линий масло поступает из маслопровода постоянного
давления (МПД) через одно дроссельное отверстие и далее сливается в
другие отверстия, сечения которых изменяются в устройствах составляющих
элементы САР. В зависимости от соотношения площадей подвода и слива
масла в линиях устанавливаются различные значения давлений, влияющие на
положение поршней сервомоторов и золотников.
12
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Рис.5.2. Схема гидравлической системы регулирования
газотурбинной установки ГТК-10-4:
ВПУ-валоповоротное устройство; ГМНС-главный маслонасос; АБ-автомат
безопасности; ЗД-золотник дополнительный; ОК-осевой компрессор; СБКсбросные клапаны; ВВК-выпускные воздушные клапаны; ТВД-турбина
высокого давления; ТНД-турбина низкого давления; РС-регулятор скорости;
ИМП-насос импеллер; ТД-турбодетандер; М-расцепная муфта; МВмасляный выключатель; ВП-подогреватель воздуха; КС-камера сгорания;
ЭВМ-электромагнитный выключатель; ПГ-пусковой газ; РДМ-регулятор
давления масла; МС-масло силовое; МПД-масло постоянного давления;
МПЗ-масло предельной защиты; МПР-масло предельного регулирования;
МП-масло проточное; ОП-ограничитель приемистости; ЗОС-золотник
обратной связи; ЭМП-золотник с электромагнитным приводом; ГЗ-главный
золотник; РК-регулирующий клапан; СРК-сервомотор РК; СК-стопорный
клапан; ССК-сервомотор СК; ПЗ-переключающий золотник; ТГ-топливный
газ; ИН-инжектор; МБ-маслобак; КОС-клапан обратный сдвоенный;
ПМНС-пусковой
маслонасос;
МО-маслоохладитель;
ДР-дроссель
регулируемый; ГАБ-гидродинамический автомат безопасности; ПЭЗпереключающий электромагнитный золотник: ЭВ-электромагнитный
вентиль; М-электродвигатель РС, ВПУ
13
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
В линию постоянного давления поступает силовое масло (МС) через
регулятор давления (РДМ) “после себя”. Регулятор поддерживает постоянное
давление в линии 0,5 МПа. Из линии постоянного давления масло поступает
через дроссельные шайбы в линии предельной защиты и предельного
регулирования, к регулирующему устройству турбодетандера, к главному
золотнику (ГЗ) блока топливных клапанов, к переключающему золотнику
(ПЗ) автомата безопасности ТНД, к реле осевого сдвига.
Линия силового масла образуется после сдвоенного обратного клапана
(КОС). Масло поступает из системы маслоснабжения агрегата от пускового
(ПМНС) или главного (ГМНС) насосов и подается к регулятору давления
масла (РДМ), главному золотнику (ГЗ) блока топливных клапанов,
переключающему золотнику (ПЗ) автомата безопасности ТВД.
В проточную линию масло поступает из дроссельного отверстия,
регулируемого нижним пояском главного золотника блока топливных
клапанов, и может сливаться через регулятор скорости (РС), золотник
обратной связи (ЗОС), золотник дополнительный (ЗД) ограничителя
приемистости (ОП) и золотник с электромагнитным приводом (ЭМП)
регулятора температуры. Количество сливаемого масла определяет давление
в проточной линии, а оно, в свою очередь, положение регулирующего (РК) и
выпускных клапанов (ВВК).
В линию предельной защиты масло поступает через дроссельное
отверстие диаметром 5 мм из линии постоянного давления. Слив из линии
может осуществляться через регулятор скорости (РС), гидродинамический
автомат безопасности (ГАБ), электоромагнитный выключатель (ЭМВ),
масляные выключатели (МВ) автоматов безопасности (АБ) ТД, ТВД и ТНД.
Давление в этой линии определяет положение стопорного клапана (СК).
Клапан открыт, если слив масла из линии перекрыт, и давление в ней
поддерживается постоянным 0,5 МПа. При открытии слива в одном из
перечисленных устройств давление в линии снижается и стопорный клапан
закрывается.
В линию предельного регулирования масло поступает через
дроссельное отверстие диаметром 5 мм из линии постоянного давления. Слив
из линии может осуществляться через регулятор скорости (РС). Маслом
предельного регулирования управляются выпускные воздушные клапаны
(ВВК).
Противопомпажная
защита
воздушного
компрессора
(ОК)
осуществляется частичным выпуском воздуха при запуске ГТУ через
сбросные клапаны (СБК), установленные за 4 ступенью компрессора.
Пневматический ограничитель приемистости (ОП) используется для
ограничения подачи топлива в камеру сгорания, а, следовательно, и
максимальной температуры в зависимости от давления воздуха за
компрессором.
14
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Защита от осевого сдвига валов агрегата выполнена с помощью
гидравлических реле осевого сдвига соплового типа и электроконтактных
манометров. Масло к реле осевого сдвига поступает из линии постоянного
давления через дроссельные шайбы с отверстием диаметром 3 мм.
Помимо основной задачи (регулирования подачи топлива,
предохранения от помпажа, аварийного отключения) система регулирования
управляет сцепным устройством (РМ) турбодетандера и клапаном (13) на
подаче пускового газа (ПГ).
Предпусковое состояние САР
Перед пуском ГТУ органы регулирования занимают следующие
положения.
Регулятор скорости находится в исходном состоянии “РС-max”. Через
него полностью открыт слив масла из линий предельной защиты и
проточной. Давление в этих линиях отсутствует, стопорный и регулирующий
клапаны пружинами в гидроприводах удерживаются в закрытом положении.
Слив масла из линии предельного регулирования через регулятор
скорости закрыт. Импульсные клапаны на воздушных выпускных клапанах
открыты, но тарелки ВВК пружинами опущены вниз и закрывают выход из
нагнетания компрессора в атмосферу.
Закрыт слив масла из линии предельной защиты через:
- гидродинамический автомат безопасности (ГАБ), отсутствует давление
масла за импеллером;
- электромагнитный выключатель (ЭМВ), отсутствует напряжение на
обмотке электромагнита;
- масляные выключатели (МВ) автоматов безопасности ТВД, ТД и ТНД,
выключатели взведены.
Закрыт слив масла из проточной линии через:
- золотник с электромагнитным приводом (ЭМП) регулятора температуры;
- золотник дополнительный (ЗД) ограничителя приемистости (ОП),
отсутствует давление воздуха за компрессором.
Отсутствует напряжение на электромагнитном вентиле (ЭВ)
регулятора скорости, закрыт слив масла из полости над поршнем РС.
Отсутствует напряжение на электромагните переключающего
золотника (ПЭЗ). Перекрыта ПЭЗ подача масла к сцепному устройству (РМ)
турбодетандера. Сцепное устройство отключено, а клапан 13 на пусковом
газе закрыт.
Сбросные (противопомпажные) воздушные клапаны (СБК) открыты,
отсутствует давление воздуха за четвертой ступенью компрессора.
15
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Последовательность работы САР при пуске турбины
Пуск турбины начинается с включения пускового (ПМНС)
маслонасоса. Масло силовое (МС) через регуляторы давления (РДМ)
подается в систему смазки и линию постоянного давления (МПД), откуда
поступает в линии предельной защиты (МПЗ), предельного регулирования
(МПР) через отверстия в дроссельных шайбах и через дроссельные отверстия
главного золотника (ГЗ) в проточную линию. Из линий предельной защиты и
проточной масло через регулятор скорости уходит на слив. В линии
предельного регулирования давление масла увеличивается, что приводит к
закрытию импульсных клапанов ВВК.
При повышении давления на смазку подшипников турбины до
0,05МПа и на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя до 0,3 МПа
включается (встает в дежурный режим) защита по давлению масла смазки.
Включается электродвигатель (М) регулятора скорости на непрерывное
вращение “РС-ниже”. В регуляторе скорости управляющий клапан
опускается вниз. Закрывается слив масла из линии предельной защиты.
Давление в этой линии увеличивается до величины 0,5 МПа, и стопорный
клапан (СК) открывается. Электродвигатель при достижении регулятором
скорости второго конечного положения “РС-min” отключается.
Включается
валоповоротное
устройство
(ВПУ),
ротор
турбокомпрессора страгивается с места и начинает проворачиваться с
частотой 10 мин-1. Подается напряжение к электромагниту переключающего
золотника (ПЭЗ). Он открывает подачу масла из линии постоянного давления
(МПД) в рабочую полость сцепного устройства (РМ). Поршень РМ, сжимая
пружину, передвигается и вводит в зацепление шестерню вала
турбодетандера с шестерней на валу турбокомпрессора. После зацепления
шестерней происходит подача масла к сервомотору клапана 13, он откроется.
После открытия крана 11 (кран 10-закрывается) пусковой газ (ПГ) поступает
на рабочее колесо турбодетандера, и вал турбокомпрессора начинает
разгоняться.
С увеличением частоты вращения вала турбокомпрессора отключается
валоповорот (ВПУ). При достижении валом ТВД частоты вращения 500 мин-1
по сигналу реле давления воздуха за компрессором (закончена продувка
камеры сгорания и проточной части турбины) начинается процедура
зажигания факела в камере сгорания. Открывается кран 15, включаются
запальные свечи. Газ из пусковой системы поступает к запальным горелкам
КС. Через 3 секунды после начала процедуры зажигания открывается кран 12
(закрывается кран 9). Топливный газ (ТГ) через открытый стопорный клапан
поступает на дежурную горелку. В камере сгорания зажигается факел. По
истечении 20 секунд с начала процедуры зажигания отключается запальная
система (закрывается кран 15, снимается напряжение с запальных свечей).
16
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
При окончании прогрева турбины на пламени дежурной горелки
(температура за ТНД более 100С) включается электродвигатель регулятора
скорости на непрерывное вращение “РС-выше”. Управляющий клапан в
регуляторе скорости перемещается вверх. Уменьшается слив масла из
проточной линии через РС, давление в ней повышается. При давлении более
0,22 МПа главный золотник (ГЗ) блока топливных клапанов перемещается
вверх и открывает подвод силового масла (МС) к сервомотору
регулирующего клапана (РК). Регулирующий клапан открывается на 1,5 мм.
Двигатель РС останавливается. Вместе с сервомотором РК сместится вверх
золотник обратной связи (ЗОС) и приоткроет слив масла из проточной линии.
Давление в проточной линии уменьшится, и главный золотник переместится
вниз в положение отсечки. Топливный газ через приоткрытый РК поступит
на основные горелки камеры сгорания, они воспламенятся. Турбина
прогревается в режиме минимальной подачи топлива 1 минуту.
По истечении времени второго прогрева включается двигатель
регулятора скорости на импульсное вращение “РС-выше”. Уменьшается
слив масла из проточной линии через РС. Давление в ней постепенно
увеличивается, что приводит к постепенному открытию регулирующего
клапана. Увеличивается подача топлива в камеру сгорания, растет частота
вращения вала ТВД, страгивается с места и начинает разгоняться вал ТНД.
Программное
управление
двигателем
регулятора
скорости
обеспечивает разгон турбины со скоростью нарастания температуры за ТНД
не более 30С в минуту.
При частоте вращения вала ТВД 2500 мин-1 турбина становится
самоходной. По сигналу реле скорости системы управления закрывается
кран 11 (кран 10 открывается), прекращая подачу пускового газа к
турбодетандеру. Одновременно снимается напряжение с обмотки ПЭЗ.
Подвод масла прекращается и открывается слив из полости над поршнем
расцепного устройства (РМ). При этом закроется клапан 13. Турбодетандер
остановится. Во избежание разгона вала турбодетандера газом, оставшимся в
трубопроводе после крана 11, перекрытие клапана 13 происходит быстрее,
чем расцепление шестерен.
Когда частота вращения вала турбокомпрессора достигнет 3900-4400
-1
мин , компрессор выйдет из зоны “запрещенных” оборотов, при которой
опасность помпажа будет отсутствовать. Сбросные клапаны (СБК) от
действия на них давления воздуха автоматически закроются.
При частоте вращения вала ТНД более 3000 мин-1 напор за импеллером
достигнет 0,3 МПа, поршень с золотником в регуляторе скорости начнут
перемещаться вверх. С этого момента регулятор в работе.
Пуск заканчивается, когда частота вращения вала ТНД достигнет
величены 3300 мин-1. По сигналу системы управления закроются краны 3 и 3
бис в технологической обвязке нагнетателя. Двигатель регулятора скорости
17
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
останавливается. Поддержание режима холостого хода ГТУ с частотой
вращения силового вала не менее 3300 мин-1 будет осуществляться
автоматически регулятором скорости.
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения
силового вала
Поддержание заданной частоты вращения силового вала в пределах от
минимальной - 3300 мин-1 до максимальной - 5000 мин-1 осуществляется
следующим образом.
При увеличении нагрузки частота вращения ТНД снизится, то из-за
уменьшения напора от импеллера через регулятор скорости уменьшится слив
масла из проточной линии, давление в ней возрастет. Регулирующий клапан
приоткроется, и снижение частоты вращения прекратится.
При повышении частоты вращения вала ТНД из-за снижения нагрузки
регулятор скорости действует в обратном порядке. Снижается давление в
проточной линии, и регулирующий клапан прикрывается.
Неравномерность работы регулятора скорости при номинальной
частоте вращения составляет 4-5.
В случае мгновенного сброса нагрузки и резкого увеличения частоты
вращения ТНД регулятор скорости может увеличить слив масла из
проточной линии настолько, что закроется регулирующий клапан.
Дальнейший рост частоты вращения приведет к тому, что через регулятор
скорости откроется слив масла из линии предельного регулирования. При
падении давления в этой линии откроются импульсные клапаны ВВК. Это
приведет к открытию самих выпускных воздушных клапанов. После выпуска
воздуха за ОК увеличение частоты вращения вала ТНД прекратится.
Импульс на открытие ВВК выдается регулятором скорости, если частота
вращения ТНД превысит на 7-10% установленное значение. Когда частота
вращения с учетом имеющейся неравномерности восстановится, и
выпускные клапаны закроются, регулирующий клапан откроется на
величину, необходимую для поддержания заданной частоты вращения уже
для сниженной нагрузки.
Работа системы регулирования при остановке турбины
Нормальная остановка производится с постепенным разгружением.
Включается электродвигатель регулятора скорости на импульсное вращение
“РС-ниже”. Приоткрывается слив масла из проточной линии, давление в ней
снижается, регулирующий клапан постепенно прикрывается, уменьшая
подачу топлива в камеру сгорания. Снижается частота вращения валов
турбины по мере снижения частоты вращения вала турбокомпрессора, при
18
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
снижении давления воздуха за четвертой ступенью ОК открываются
сбросные клапаны.
Программное
управление
двигателем
регулятора
скорости
обеспечивает разгрузку турбины со скоростью снижения температуры за
ТНД не более 30С в минуту.
При снижении давления в проточной линии ниже 0,22 МПа
регулирующий клапан закрывается. Прекращается подача топливного газа на
основные горелки камеры сгорания. Двигатель регулятора скорости
останавливается.
Подается напряжение на обмотку электромагнитного выключателя
(ЭМВ). Золотник ЭМВ открывает слив масла из линии предельной защиты,
давление в ней резко падает, что приводит к закрытию стопорного клапана.
Прекращается подача топливного газа к дежурной горелке, факел в камере
сгорания гаснет. Закрывается кран 12 (открывается кран 9).
Падение давления в линии предельной защиты приводит к открытию
слива масла через регулятор скорости из линии предельного регулирования.
Со снижением давления в этой линии откроются импульсные клапаны и
сбросят воздух над тарелками ВВК в атмосферу. Выпускные клапаны за счет
усилия от давления воздуха за компрессором открываются, сбрасывая воздух
из трубопровода после ОК. В результате перекрытия подачи топлива и
выпуска воздуха после осевого компрессора турбина быстро
останавливается.
После закрытия стопорного клапана двигатель регулятора скорости
включается на непрерывное вращение “РС-выше”. Происходит возвращение
регулятора скорости в его в исходное состояние “РС-max”. После чего
двигатель останавливается.
Аварийная остановка турбины производится по сигналу из системы
управления агрегата при срабатывании любой из защит или нажатии кнопки
“АО” на пульте управления. Аварийная остановка по месту может быть
проведена нажатием на кнопку переключающего золотника (ПЗ) любого из
автоматов безопасности.
Подается напряжение на обмотку электромагнитного выключателя
(ЭМВ), во втором случае также срабатывают масляные выключатели (МВ)
автоматов безопасности.
В обоих случаях из линии предельной защиты открывается слив масла.
Давление в линии резко снижается, и стопорный клапан закрывается.
Полностью прекращается подача топливного газа в камеру сгорания, факел
гаснет. В регуляторе скорости из-за резкого падения давления масла в линии
предельной защиты открывается слив масла из линий предельного
регулирования и проточной. Давление в этих линиях падает, что приводит к
закрытию регулирующего клапана и открытию выпускных воздушных
клапанов. Закрывается кран 12 (открывается кран 9).
19
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Валы турбины начинают “выбегать”. При снижении давления воздуха
за четвертой ступенью ОК открываются сбросные клапаны.
После закрытия стопорного клапана двигатель регулятора скорости
включается на непрерывное вращение “РС-выше”. Происходит возвращение
регулятора скорости в его в исходное состояние “РС-max”. После чего
двигатель останавливается.
Экстренная остановка одного из последовательно работающих
агрегатов в группе может вызвать помпаж нагнетателя второго агрегата,
который остается в работе. Избежать этого можно, если откроется кран 6. На
этом агрегате сбрасывается нагрузка, и частота вращения силового вала
турбины резко возрастает. Иногда при этом срабатывает автомат
безопасности на валу ТНД, и агрегат останавливается.
Для снижения динамического превышения частоты вращения силового
вала в системе регулирования предусмотрен электромагнитный вентиль
(ЭВ), установленный на трубопроводе слива масла из импульсной линии
регулятора скорости. Перед сливным трубопроводом на импульсной линии
установлена дроссельная шайба диаметром 5 мм. Когда вентиль ЭВ закрыт,
регулятор скорости выполняет свои функции нормально.
По импульсу аварийной остановки одного из работавших в паре
агрегатов, на оставшемся в работе открывается ЭВ. Давление масла над
поршнем регулятора скорости падает, увеличивается слив масла из
проточной линии, возможно, откроется и слив масла из линии предельного
регулирования. Прикрывается регулирующий клапан, и, возможно,
открываются выпускные клапаны, чем предупреждается заброс частоты
силового вала. Вентиль ЭВ закрывается через 5 секунд. Давление над
поршнем в регуляторе скорости восстанавливается, и регулирующий клапан
устанавливается в положение, соответствующее новой нагрузке.
Электромеханическая система регулирования
Назначение САР
Система автоматического регулирования и защиты газотурбинной
установки ГТК-10-4 предназначена для:
- управления регулирующими органами во время пуска и останова агрегата;
- поддержания заданного режима работы изменением подачи топлива в
камеру сгорания;
- удерживания частоты вращения вала силовой турбины в допустимых
пределах при полном сбросе нагрузки;
- защиты валов силовой турбины и турбодетандера от недопустимой частоты
вращения;
- ограничения предельных значений температуры продуктов сгорания;
20
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
- недопущения чрезмерных термических напряжений в лопаточном аппарате
турбины при резких забросах нагрузки;
- защиты осевого компрессора от помпажа на пусковых и переходных
режимах работы после сброса и увеличения нагрузки;
- предохранения валов газотурбинного агрегата от осевого сдвига;
- осуществления дистанционного и автоматического управления расцепной
муфтой и регулирующими органами подачи пускового газа в турбодетандер.
Устройство системы регулирования
Система автоматического регулирования (Рис. 5.3) выполнена по схеме
непрямого регулирования с электромеханическими и электромагнитными
сервоприводами. Масло используется для работы расцепного устройства
пускового турбодетандера.
Автоматическое регулирование функционирует по командам системы
автоматики. Система автоматики выполняет функции защиты от погасания
факела, от вибрации, от превышения температуры продуктов сгорания сверх
допустимого значения, от повышения температуры на подшипниках, от
превышения скорости вращения валов агрегата, а также отключает пусковой
турбодетандер при достижении агрегатом режима самоходности.
В качестве топлива используется природный газ. В топливном
коллекторе станционными средствами поддерживается постоянное давление
1,6 МПа. Рабочей средой для пускового турбодетандера служит газ.
Давление пускового газа 1,6 МПа.
Топливный газ к горелкам камеры сгорания подается через стопорный
клапан (СК) к регулирующему клапану (РК) и к запальной и дежурной
горелкам. Стопорный клапан отсекает подачу газа к регулирующему
клапану, запальной и дежурной горелкам. Регулирующий клапан дозирует
подачу газа в камеру сгорания для поддержания требуемой мощности
агрегата. Запальный клапан (ЗК) используется при зажигании факела во
время пуска.
В данной системе в качестве стопорного клапана и клапана
турбодетандера (КТД) применен клапан отсечной газовый (ОГК)
производства МПО им. И. Румянцева. Подача топливного и пускового газа
осуществляется по электрическому сигналу системы автоматического
управления. Прекращение подачи газа - при снятии электрического сигнала.
21
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Рис.5.3. Схема электромеханической системы регулирования
газотурбинной установки ГТК-10-4:
ВПУ-валоповоротное устройство; ГМНС-главный маслонасос; ОК-осевой
компрессор; СБК-сбросные клапаны; ВВК-выпускные воздушные клапаны;
ТВД-турбина высокого давления; ТНД-турбина низкого давления; ТДтурбодетандер; РМ-расцепная муфта; ВП-подогреватель воздуха; КС-камера
сгорания; ЭМВ-электромагнитный вентиль; ПГ-пусковой газ; РДМрегулятор давления масла; ТГ-топливный газ; ИН-инжектор; МБ-маслобак;
КОС-клапан обратный сдвоенный; ПМНС-пусковой маслонасос; МОмаслоохладитель; М-электродвигатель РС; РД-реле давления; ФТО-фильтр
тонкой очистки масла; КТД-клапан турбодетандера; ЗК-запальный клапан;
СК-стопорный
клапан;
РК-регулирующий
клапан;
ШД-шаговый
электродвигатель
В качестве регулирующего клапана применен регулятор расхода газа
производства МПО им. И. Румянцева. Регулятор состоит из:
- электромеханического дозатора управления стационарного (ДУС),
включающего управляемую шаговым электродвигателем дозирующую иглу с
датчиком положения;
- электронного блока управления шаговым двигателем (ШД),
преобразующего стандартный электрический сигнал в положение
дозирующей иглы. Дозатор снабжен механическим указателем для
визуального контроля положения дозирующей иглы. Регулятор работает по
22
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
управляющему сигналу системы автоматики.
Для управления выпускными воздушными клапанами (ВВК) применен
импульсный клапан с электромагнитным приводом. При подаче напряжения
постоянного тока 220В импульсный клапан открывается, сжатый воздух над
тарелкой ВВК сбрасывается в атмосферу. Возникший перепад давления на
тарелке обеспечивает ее подъем над седлом, открывается проход воздуха из
нагнетательного патрубка компрессора в атмосферу. При снятии напряжения
с импульсного клапана - клапан закрывается, давление воздуха в
надтарелочной полости ВВК восстанавливается, и тарелка опускается на
седло ВВК - выпуск воздуха после компрессора в атмосферу прекращается.
Управление расцепным устройством (РМ) турбодетандера с возвратной
пружиной осуществляется подачей напряжения постоянного тока на
электромагнитный вентиль (ЭМВ). Вентиль открывается и масло от
пускового насоса (ПМНС) поступает в полость цилиндра сервопривода
расцепного устройства. Поршень под давлением масла перемещается,
преодолевая усилие пружины, до входа в зацепление шестерен
установленных на валах турбодетандера и компрессорного вала, при этом
отверстие в поршне соединяется с трубопроводом, подающим давление
масла к датчику - реле давления (РД), который подает электрический сигнал
в систему автоматики. По этой команде система автоматики выдает
электрический сигнал на открытие клапана турбодетандера (КТД). Клапан
открывается и пусковой газ (ПГ) поступает к турбодетандеру. Турбодетандер
вступает в работу и раскручивает вал турбокомпрессора.
При достижении турбиной режима самоходности, по сигналу датчика
частоты вращения ТВД, клапан турбодетандера закрывается. Снимается
напряжение постоянного тока с электромагнитного вентиля (ЭМВ), вентиль
закрывается, прекращая поступление масла к сервоприводу расцепного
устройства. Пружина возвращает поршень в исходное положение, шестерни
валов турбодетандера и турбокомпрессора выходят из зацепления. Давление
в трубопроводе датчика - реле давления падает и соответственно в систему
автоматики поступает сигнал о выходе шестерен из зацепления.
Для измерения скорости вращения валов турбины низкого давления
(ТНД), компрессора и турбины высокого давления (ТВД), турбодетандера
(ТД)
применены
токовихревые
датчики,
установленные
около
вышеуказанных валов в местах, имеющих отверстия либо прорези. На
каждом валу установлены по два датчика, смещенные на 45°. В процессе
вращения валов на выходах датчиков генерируются электрические сигналы,
частота которых пропорциональна частоте вращения и количеству отверстий,
либо, прорезей. Электрические сигналы поступают в систему автоматики,
которая преобразует их в частоты вращения валов для обеспечения функций
регулирования турбоагрегата, пуска, останова и защиты от недопустимого
превышения частоты вращения.
23
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Для контроля осевых смещений валов турбины высокого давления,
турбины низкого давления применены электрические датчики линейных
перемещений, сигналы которых поступают в систему автоматики.
Для контроля наличия факела в камере сгорания установлены два
датчика контроля факела, которые при наличии факела в камере сгорания
выдают электрический сигнал в систему автоматики.
Предпусковое состояние САР
Перед пуском ГТУ органы регулирования занимают следующие
положения.
Отсутствует
напряжение
на
электромагните
управляющего
двухседельного клапана ОГК, выполняющего роль стопорного клапана. СК
усилием пружины удерживается в закрытом положении.
Отсутствует управляющий сигнал системы автоматики к блоку
управления шаговым двигателем ДУС, выполняющего роль регулирующего
клапана. РК закрыт.
Отсутствует напряжение на электромагнитном приводе запального
клапана (ЗК), он закрыт.
Отсутствует напряжение на электромагнитах импульсных клапанов
выпускных воздушных клапанов (ВВК). Импульсные клапаны закрыты,
тарелки ВВК пружинами опущены вниз и закрывают выход из нагнетания
компрессора в атмосферу.
Отсутствует напряжение на электромагнитном вентиле (ЭМВ).
Перекрыта ЭМВ подача масла к сцепному устройству (РМ) турбодетандера.
Сцепное устройство отключено. Отсечной газовый клапан (ОГК) на
пусковом газе, выполняющий роль клапана турбодетандера (КТД) закрыт изза отсутствия напряжения на электромагните управляющего двухседельного
клапана.
Сбросные (противопомпажные) воздушные клапаны (СБК) открыты,
отсутствует давление воздуха за четвертой ступенью компрессора.
Последовательность работы САР при пуске турбины
Пуск агрегата по командам системы автоматики осуществляется в
следующей последовательности.
Пуск турбины начинается с включения пускового (ПМНС)
маслонасоса. Масло от насоса поступает к закрытому электромагнитному
вентилю (ЭМВ) регулирующего устройства турбодетандера и через
регулятор давления (РДМ) подается в систему смазки. При повышении
давления на смазку подшипников турбины до 0,05 МПа и на смазку опорноупорного подшипника нагнетателя до 0,3 МПа включается (встает в
24
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
дежурный режим) защита по давлению масла смазки.
Включается
валоповоротное
устройство
(ВПУ),
ротор
турбокомпрессора страгивается с места и начинает проворачиваться с
частотой 10 мин-1. Подается напряжение к электромагнитному вентилю
(ЭМВ), он открывается. Масло от пускового насоса поступает в рабочую
полость сцепного устройства. Поршень РМ, сжимая пружину, передвигается
и вводит в зацепление шестерню вала турбодетандера с шестерней на валу
турбокомпрессора. После зацепления шестерней происходит подача масла к
реле давления (РД). Система автоматики подает команду на открытие
клапана турбодетандера (КТД). Открывается крана 11 (кран 10-закрывается)
пусковой газ (ПГ) поступает на рабочее колесо турбодетандера, и он начнет
разгонять вал турбокомпрессора.
С увеличением частоты вращения вала турбокомпрессора отключается
валоповорот (ВПУ). При достижении валом ТВД частоты вращения 500 - 800
мин-1 (закончена продувка камеры сгорания и проточной части турбины)
начинается процедура зажигания факела в камере сгорания. Система
автоматики подает напряжение на электромагнитный привод запального
клапана (ЗК), на электромагнит управляющего двухседельного клапана ОГК,
выполняющего роль стопорного клапана, на запальные свечи. ЗК и СК
открываются. Открывается кран 12 (закрывается кран 9), топливный газ (ТГ)
поступает на запальники и дежурную горелку. Датчик факела при наличии
пламени в камере сгорания выдает сигнал в систему автоматики. Через 30
секунд снимается напряжение с электромагнитного привода запального
клапана (ЗК) и запальных свечей.
При окончании прогрева турбины на пламени дежурной горелки
(температура за ТНД более 100С) включается шаговый двигатель ДУС,
выполняющего роль регулирующего клапана. РК приоткрывается,
воспламеняются основные горелки в камере сгорания. Шаговый двигатель
ДУС останавливается. Турбина прогревается в режиме минимальной подачи
топлива 1 минуту.
По истечении времени второго прогрева включается шаговый
двигатель ДУС. Увеличивается подача топлива в камеру сгорания, растет
частота вращения вала ТВД, страгивается с места и начинает разгоняться вал
ТНД. Программное управление шаговым двигателем ДУС (РК) обеспечивает
разгон турбины со скоростью нарастания температуры за ТНД не более 30С
в минуту.
При частоте вращения вала ТВД 2500 мин-1 турбина становится
самоходной. По сигналу системы автоматики закрываются кран11 (кран 10
открывается) и клапан турбодетандера (КТД), прекращая подачу пускового
газа. Турбодетандер останавливается. Одновременно закрывается ЭМВ.
Подвод масла к сцепному устройству прекратится. Шестерни турбодетандера
и турбокомпрессора выходят из зацепления.
25
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Когда частота вращения вала турбокомпрессора достигнет 39004400 мин-1, компрессор выйдет из зоны “запрещенных” оборотов, при
которой опасность помпажа будет отсутствовать. Сбросные клапаны (СБК)
от действия на них давления воздуха автоматически закроются.
Пуск заканчивается, когда частота вращения вала ТНД достигнет
величины 3300 мин-1, а турбокомпрессорного вала не ниже 4300 мин-1.
Поддержание режима холостого хода ГТУ будет осуществляться
автоматически электронным регулятором скорости.
Работа САР при поддержании заданной частоты вращения
силового вала
Поддержание заданной частоты вращения силового вала в пределах от
минимальной - 3300 мин-1 до максимальной - 5000 мин-1 осуществляется
следующим образом.
При увеличении нагрузки частота вращения ТНД снизится.
Электронный регулятор скорости включает шаговый двигатель ДУС (РК).
Регулирующий клапан приоткроется, увеличивая подачу топлива, и
снижение частоты вращения прекратится.
При повышении частоты вращения вала ТНД из-за снижения нагрузки
регулятор скорости действует в обратном порядке. Регулирующий клапан
прикрывается, уменьшая подачу топлива в камеру сгорания.
В случае мгновенного сброса нагрузки и резкого увеличения частоты
вращения ТНД электронный регулятор уменьшает подачу топлива в камеру
сгорания и может даже полностью закрыть регулирующий клапан.
Дальнейший рост частоты вращения приведет к тому, что система
автоматики подаст импульс на открытие импульсных клапанов ВВК. Это
приведет к открытию самих выпускных воздушных клапанов. После выпуска
воздуха за ОК увеличение частоты вращения вала ТНД прекратится.
Импульс на открытие ВВК выдается, если частота вращения ТНД превысит
на 7-10% установленное значение. Когда частота вращения будет менее 5%
от заданной, выпускные клапаны закроются, регулирующий клапан
откроется на величину, необходимую для поддержания частоты вращения
уже для сниженной нагрузки.
Работа системы регулирования при остановке турбины
Нормальная остановка производится с постепенным разгружением.
Включается шаговый электродвигатель ДУС (РК). Регулирующий клапан
постепенно прикрывается, уменьшая подачу топлива в камеру сгорания.
Снижается частота вращения валов турбины. По мере снижения частоты
вращения вала турбокомпрессора при снижении давления воздуха за
26
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
четвертой ступенью ОК открываются сбросные клапаны.
Программное управление электронным регулятором скорости шаговым
двигателем ДУС (РК) обеспечивает разгрузку турбины со скоростью
снижения температуры за ТНД не более 30С в минуту.
Когда регулирующий клапан полностью закроется, прекращается
подача топливного газа на основные горелки камеры сгорания. Шаговый
электродвигатель ДУС останавливается.
Система автоматики снимает напряжение с электромагнита
управляющего двухседельного клапана ОГК, выполняющего роль
стопорного клапана. Стопорный клапан закрывается, прекращается подача
топливного газа к дежурной горелке, факел в камере сгорания гаснет.
Закрывается кран 12 (открывается кран 9).
Система автоматики подаст импульс на открытие импульсных
клапанов ВВК. Импульсные клапаны сбросят воздух над тарелками ВВК в
атмосферу. Выпускные клапаны за счет усилия от давления воздуха за
компрессором открываются, сбрасывая воздух из трубопровода после ОК.
В результате перекрытия подачи топлива и выпуска воздуха после
осевого компрессора турбина быстро останавливается. Импульсные клапаны
ВВК закроются при снижении частоты вращения ТНД до величены менее
2500 мин-1.
Аварийная остановка турбины производится по сигналу из системы
управления агрегата при срабатывании любой из защит или нажатии кнопки
“АО” на пульте управления.
Система автоматики снимает напряжение с электромагнита
управляющего двухседельного клапана ОГК, выполняющего роль
стопорного клапана. Стопорный клапан закрывается, прекращается подача
топливного газа к горелкам, факел в камере сгорания гаснет. Закрывается
кран 12 (открывается кран 9).
Система автоматики подает импульс на открытие импульсных
клапанов ВВК. Импульсные клапаны сбросят воздух над тарелками ВВК в
атмосферу. Выпускные клапаны за счет усилия от давления воздуха за
компрессором открываются, сбрасывая воздух из трубопровода после ОК.
При снижении давления воздуха за четвертой ступенью ОК открываются
сбросные клапаны.
Включается шаговый электродвигатель ДУС (РК). Регулирующий
клапан закрывается. Когда регулирующий клапан полностью закроется,
шаговый электродвигатель ДУС останавливается.
В результате перекрытия подачи топлива и выпуска воздуха после
осевого компрессора турбина быстро останавливается. Импульсные клапаны
ВВК закроются при снижении частоты вращения ТНД до величены менее
2500 мин-1.
27
Эксплуатация компрессорных станций с газотурбинным приводом
Библиографический список
1.
Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным
приводом/ Тельнов К.А., Файнштейн А.А., Шабашов С.З. и др.-Л.: Недра,
1983.- 280с.
2.
Федорченко М.Ю. «Регулирование газоперекачивающего
агрегата ГТК-10-4», Учебное пособие, Екатеринбург: УГТУ, 1998.-73с.
3.
Федорченко М.Ю. «Управление газоперекачивающим агрегатом
ГТК-10-4», Учебное пособие, Екатеринбург: УГТУ, 1998.-72с.
28