Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Приложение III 171

Несимметрия положения проявляется в том, что упоры

сервомотора или промежуточного усилителя в сторону

открытия и закрытия разные. Большую часть времени турбина

по условиям экономичности работает с нагрузкой выше 70% и

положение эквивалентного сервомотора значительно ближе к

верхнему упору, чем к нижнему. При работе на холостом ходу

положение эквивалентного сервомотора, наоборот, ближе к

нижнему упору.

Скоростная несимметрия систем с пружинными

сервомоторами выражается в более медленном движении

сервомоторов на открытие, чем на закрытие при подаче

достаточно больших воздействий на входы в систему регу-

лирования. Это связано, с одной стороны, со стремлением к

уменьшению времени закрытия сервомоторов регулирующих

клапанов и, с другой стороны, с ограниченными возможностями

маслонапорной установки, подающей масло под поршни

сервомоторов при их движении на открытие, в то время как на'

закрытие подача масла под поршни не требуется.

Необходимое ограничение потребления масла сервомо-

тором достигается ограничением хода золотника сервомотора

из отсечного положения на открытие или установкой ограни-

чительной шайбы на подводе напорного масла в каждом

сервомоторе.

Важные потребительские качества современных

турбин, таких, например, как их поведение при длительных и

глубоких качаниях частоты и мощности, наблюдающихся в

энергосистемах, целиком определяются этими нелинейностями.

Качания могут возникать в нормальных режимах работы

(включение или отключение линий электропередач) или

аварийных, например, при несинхронном ходе соседних

172 Приложение III

агрегатов. Их частота довольно низкая (0,5... 1,5 Гц), и при таких

качаниях, воспринимаемых регулятором турбины вследствие

указанных нелинейностей в системе регулирования, происходит

постепенное снижению средней мощности, вырабатываемой

турбиной. А это при работе на внешнюю сеть может привести

к перегрузке отдельных линий электропередачи, при работе на

нагрузку собственных нужд - к недопустимому падению

частоты вращающихся агрегатов и остановке блока, поэтому

величина снижения средней мощности стала регламен-

тироваться. Пример расчёта снижения средней мощности при

качаниях приведен в [С19], где показано, что влияние скоростной

несимметрии наиболее существенно. Эта же скоростная

несимметрия ограничивает эффективность использования

турбины в качестве исполнительного органа противоаварийной

автоматики энергосистем, затрудняя дозирование воздействий

на турбину [К20].

Ш.2. Пути уменьшения несимметрии системы

регулирования

Расчёт времени открытия эквивалентного сервомотора

из одного положения в другое при большом числе параллельно-

последовательно перемещающихся сервомоторов регули-

рующих клапанов очень упрощается при использовании

диаграммы приведенных удельных объёмов сервомоторов,

которые надо заполнять маслом при изменении управляющего

сигнала в системе. Под удельным объёмом сервомотора

понимается изменение объёма сервомотора при изменении

управляющего давления на единицу. На последующих рисунках

даны примеры для турбины К-500-166.

На рис. П.6 показаны зависимости открытий серво-

моторов регулирующих клапанов х

от управляющего давления

Приложение III 173

, нелинейность этих зависимостей отражает "вес" каждого

клапана в общем расходе пара. Давление p

выполняет в этом

случае роль эквивалентного сервомотора.

На рис. П.7 изображена диаграмма приведенных

удельных объёмов сервомоторов

учётом этих зависимостей как функция и от p

. При

интегрировании этой функции от начального значения p

до

конечного определяется объем, который должен быть заполнен

маслом, и с учётом величины возможного расхода масла от

маслонапорной установки- время перемещения эквивалентного

сервомотора на эту величину;

На рис. П.8 показана величина необходимого объёма

V(p

) при движении системы из положения полного закрытия

= 0 до положения номинальной нагрузки. Возможный расход

масла на заполнение поршней сервомоторов Q

при насосе

Рис. П.6. Зависимость ходов сервомоторов от управляющего давл

ни

174 Приложение III

Рис. П.7. Удельные объёмы:

1 - сервомотор с одним поршнем, 2 -телескопический сервомотор

Рис. П.8. Объёмы сервомоторов:

1 - сервомотор с одним поршнем, 2 -телескопический сервомотор

Приложение III 175

Рис. П.9. Характеристики насосов:

- расход насоса, Q

- расход через ограничительную шайбу

центробежного типа можно определить, исходя из допустимого

падением напорного давления в динамике Δр

, принимаемого

обычно не более 25% (на протечки в системе) от номинального

значения р

при статическом расходе Q

(см. верхнюю

характеристику на рис. П.9). На этом рисунке приведены

176 Приложение III

характеристики насоса на 45 кг/см

, сейчас применяются

насосы на 50 кг/см

. Проектирование колёс с большим

значением расхода Q = Q

+ Q

при таком снижении давления

ограничено тем, что при этом может существенно снижаться

КПД насоса на длительном режиме работы с расходом Q

Конечно, такой расчёт очень условен, но при проек-

тировании он даёт возможность определить влияние каждого

сервомотора на общее время открытия, определить допус-

тимый расход масла на каждый сервомотор и рассчитать для

него ограничительную шайбу. Кроме того, можно количест-

венно оценить эффективность различных мероприятий,

направленных на уменьшение динамической несимметрии,

излагаемых далее.

Применение сервомотора с телескопическим поршнем

(см. рис. 5.1) основано на специфическом свойстве регули-

рующих клапанов паровых турбин, заключающемся в том, что

усилие, необходимое для открытия регулирующего клапана,

быстро падает по мере подъёма клапана (из-за роста противо-

давления) и становится возможным уменьшение площади

поршня при одновременном увеличении давления под поршнем.

Обычно, при достижения трети от полного хода серво-

мотора возможно уменьшение его площади вдвое. При этом с

учётом принимаемых коэффициентов запасов давление масла

под поршнем на всём ходе сервомотора сохраняется близким

к половине от напорного, и площадь ограничительной шайбы

каждого сервомотора

Если в эту формулу подставить V. - объём сервомотора в л/с,

Приложение III 177

- принимаемое время открытия сервомотора в секундах,

nо

- напорное давление в кг/см

, f - в см

, то коэффициент

μ для огнестойкого масла близок к 1.

Применение сервомотора с изменением ограничения

подачи масла в сервомотор связано с другим специфическим

свойством регулирующих клапанов паровых турбин, заклю-

чающимся в том, что эффективная зона открытия клапана, в

которой при открытии клапана интенсивно меняется расход пара,

достаточно узка и составляет обычно не более 50% от полного

хода. При этом положении расход пара составляет не менее

95% от полного расхода пара через клапан. Дальнейшее его

открытие очень важно с точки зрения экономичности (умень-

шается дросселирование), но даёт относительно небольшое

увеличение расхода пара (и мощности), несущественное для

динамики увеличения мощности. Поэтому, если дополнительно

ограничить подачу масла под поршень сервомотора в неэф-

фективной зоне работы клапана, можно значительно ускорить

движение на открытие тех сервомоторов, клапаны которых

перемещаются в эффективной зоне работы, тем самым

значительно увеличить скорость набора мощности при пере-

мещении клапанов от нуля до значения при номинальной

нагрузке. Конструкции таких ограничителей, меняющих

площадь подвода напорного масла к сервомотору в зависимости

от положения сервомотора, широко применяются в системах

ЛМЗ (см. рис. 5.1).

Включение резервного насоса позволяет практически

удвоить производительность маслонапорной установки, хотя и

спустя 1 с, требуемую для разворота резервного насоса. Во

многих случаях (при качаниях, при подаче импульсных

воздействий от устройств противоаварийной автоматики) эта

178 Приложение III

задержка вполне допустима. Чтобы реализовать эту возмож-

ность, необходимо:

- иметь достаточную мощность электродвигателя

насосов регулирования для быстрого (за время около 1 с)

разгона ротора насоса при пуске. Это выполняется при выборе

электронасоса с двойным запасом по мощности, что требуется

обычно по условиям обеспечения бесперебойной работы насоса

регулирования в случае падения напряжения на шинах

собственных нужд до 0,7 от номинального значения;

- выполнить ограничители в сервомоторах вдвое

больше по площади, чтобы пропустить удвоенный расход при

работе двух насосов, но установив при этом ограничители

максимального расхода (в простейшем случае - шайбы) за

каждым насосом, чтобы предотвратить недопустимое падение

давления на нагнетании каждого насоса в случае работы одного

насоса;

- если возможное более глубокое падение давления в

динамике при работе только одного насоса может неблаго-

приятно влиять на работу промежуточных усилителей, следует

подвести к ним масло из линии до ограничителей насосов.

Примером этому служит схема с разделением напорных

коллекторов, установкой дополнительных ограничительных

шайб за насосами и обратными клапанами (рис. 11.1).

Включение резервного насоса может производиться при

подаче внешних воздействий на турбину или при падении

напорного давления, при этом большой селективности в схеме

включения не требуется, т.к. потом всегда можно отключить

насос.

Эффективность изложенных мероприятий видна на

рис. П.10, где 1 - расчётное минимальное время открытия

Приложение III 179

системы регулирования из полностью закрытого положения

= 0 до текущего значения p

при применении обычных

поршней; 2 - при применении телескопических поршней и

замедлении сервомоторов в неэффективной зоне и ограни-

Рис. П. 10. Время открытия из положения холостого хода

чительных шайбах на насосах; 3 - при дополнительном

включении резервного насоса.

В различных режимах время открытия может быть

уменьшено в 3-6 раз.

Перейдем к расчёту времени закрытия сервомоторов.

Сервомотор с телескопическим поршнем позволяет уменьшить

как время открытия, так и время закрытия, что представляется

даже более важным. Конструктивно же они просты, поэтому и

нашли широкое применение в системах регулирования турбин

180 Приложение III

ЛМЗ, заменив переход к очередной ступени более высокого

давления масла.

Однако, при повышении скорости закрытия большое

значение может приобрести запаздывание из-за инерции

подвижных частей. Минимальное время закрытия T

min

получается в случае, когда золотник сервомотора "перезакрыт"

и движение поршня на закрытие не уменьшает эффективной

площади μּf слива масла из-под поршня площадью F

. Для

однопоршневого сервомотора уравнения движения подвижных

частей сервомотора массой т под действием силы R имеют

вид

где p

- давление под поршнем. Его решение даёт следующие

результаты.

Время закрытия T

min

из полностью открытого поло-

жения х

где - максимальная установившаяся

скорость движения, - время запаздывания

выхода на эту скорость.

На начальном участке закрытия

где R

- начальное усилие на закрытие и ,

, т.е. при уменьшении площади

вдвое начальное запаздывание увеличивается почти в 3 раза.

Вместе с тем в телескопическом сервомоторе после соударения