ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И НАГНЕТАТЕЛИ

Совокупностьперечисленныхсвойств системы регулирования определяет в не только безопасность эксплуатации турбины и её экономические показатели. Длительнаябезаварийная эксплуатацияи низкие темпы износа элементов системы регулирования также существенно зависят от качества системы регулирования.3.2. Безмасляные системы регулирования паровых турбинНовым направлением модернизации систем регулирования и защиты паровых турбин на основе только электрических приводов является применение безмасляных систем регулирования и защиты (БМСРЗ)[15,16, 21].Преимущества БМСРЗ очевидны:– пожаробезопасность (отсутствие маслопроводов высокого давления);– упрощение конструкции САР (полная ликвидация гидравлической части системы регулирования, а также электрогидравлических и электромеханических преобразователей);– экономичность (в установившихся режимах потребление энергии необходимо только для контроля состояния системы);– компактность (возможность размещения приводов в стеснённых условиях компоновки турбоустановки).Основными трудностями при реализации БМСРЗ всегда считалось несоответствие высоких показателей быстродействия и мощности электропривода. Исследования, выполненные в ОАО «УРАЛЭНЕРГОРЕМОНТ», показали, что основные требования в части обеспечения высоких эксплуатационных качеств в различных режимах работы (включая аварийные) [х], могут быть удовлетворены за счёт сочетания электрического и механического (пружинного) приводов. Элементом, позволяющим осуществить такую комбинацию приводов, является электромагнитная муфта (ЭММ), причём механический (пружинный привод) соединён с регулирующим органом непосредственно, а электропривод – через ЭММ.Конструкция электромеханического привода (ЭМП) показана на рис.10[15, 16].Медленнодействующий привод МЭО через электромагнитную муфту соединен с выходным валом ЭМП и обеспечивает работу клапана в медленнотекущих процессах регулирования. На валу клапана также установлена шестерня, которая при повороте клапана в сторону открытия перемещает зубчатую рейку и тем самым сжимаетпружину. При подаче напряжения на электромагнитную муфту происходит сцепление вала клапана с валом мотор-редуктора и обеспечивается работа клапана в эксплуатационном относительно медленнотекущем процессе регулирования.При снятии напряжения с электромагнитной муфты происходит расцепление вала мотор-редуктора с валом клапана и под действием пружины клапан поворачивается в сторону закрытия. Собственное время закрытия из полностью открытого состояния для таких приводов составляет 0,1…0,2 с, что сопоставимо со временем закрытия гидравлического сервомотора.Рис. 10. Конструкция электромеханического приводаВозможно применение ЭМП и для привода регулирующего и стопорного клапана на линии отбора пара из турбины. ОАО «УРАЛЭНЕРГОРЕМОНТ» разработало и внедрило на нескольких турбинах типа Т-110/120-130 проекты дополнительных отборов пара из перепускных труб ЦВД-ЦСД с использованием электромеханических приводов регулирующего и стопорного поворотных клапанов. Параметры пара в перепускных трубах ЦВД-ЦСД этих турбин в номинальном режиме имеют параметры в пределах 30…33 кгс/см2. Использование этого пара для подачи его в станционный коллектор собственных нужд 8…16 кгс/см2взамен пара РОУ(вытеснение пара РОУ) очевидно даёт большой экономический эффект.Традиционно для управления дополнительным отбором используется блок защитно-регулирующего клапана (БЗРК) с гидравлическими исполнительными механизмами (сервомотором и автозатвором). Установка БЗРК сложна в связи с плотной компоновкой турбоустановки, большим собственным весом БЗРК и необходимостью прокладки напорных, импульсных и сливных маслопроводов. Кроме того, снижается пожаробезопасность турбоустановки в связи с расположением БЗРК и его маслопроводов в зоне высоких температур. Клапаны с ЭМП лишены перечисленных недостатков. Они имеют малые габариты и вес, легко встраивается в плотную компоновку турбоустановки, обеспечивает дистанционное и автоматическое управление от прилагаемой электрической части. На линии отбора пара из турбины последовательно устанавливается два клапана с ЭМП. Первый по ходу движения клапан выполняет функцию регулирования давления (расхода) пара в отборе. Второй клапан является защитным (стопорным) и дополняется обратным клапаном. Для получения необходимой температуры пара на паропроводе устанавливают охлаждающее устройство.Результаты исследований[15, 16] показывают возможность применения ЭМП для привода регулирующих и стопорных клапанов турбины на паропроводах высокого давления. В настоящее время разработано и уже реализованонесколькопроектов по применению на турбинах типа Т-110/120-130 УТЗ электрическойбезмасляной системы автоматического регулирования дополнительного отбора пара из перепускных труб ЦВД-ЦСД, а на турбинах типа ПТ-60-130, работающих в составе ПГУ, электрической системы регулирования клапанами контура низкого давления.Принципиальная схема системы регулирования и защиты, построенная на базе электромеханических приводов представлена на рис. 11.На схеме РКхх– регулирующий клапан холостого хода турбины, обеспечивающий 10% расхода свежего пара (10% номинальной мощности). Быстродействующий электропривод служит для устойчивого поддержания частоты вращения на холостом ходу и участия в первичном регулировании частоты сети при работе под нагрузкой. Расчёты показывают возможность выполнения электромеханического привода клапана холостого хода со временем перемещения на полный ход до 5…6 с. при высоком качестве поддержания частоты вращения (степеньзатухания колебаний 70-90%) и мощности электропривода на уровне 0,25…1,0 кВт. Быстродействующий пружинный привод со временем закрытия 0,15…0,20 с. обеспечивает закрытие клапана в аварийной ситуации.Рис. 11. Принципиальная схема системы регулированияи защиты турбины на базе ЭМПРегулирующие клапаны нагружения турбины РК1-РК3 обеспечивают оставшиеся 90% расхода свежего пара. Время перемещения клапанов РК1-РК3 на полный ход составляет 30…40 с.Электромеханический привод стопорного клапана (СК) по динамическим характеристикам соответствует приводам РК1-РК3.Выводы по главе 3ЭМП сочетают в себе уникальные качества, такие как пожаробезопасность, низкое энергопотребление, быстродействие в аварийных ситуациях, простоту конструкции и надёжность, что крайне важно в энергетической отрасли промышленности. Обладая данными преимуществами, ЭМП являются перспективным направление в развитии безмасляных систем регулирования и защиты паровых турбин. ЗаключениеРегулированиемощности и отпускаемой теплоты турбин заключается в обеспечении требуемой частоты вращения ротора и давления в регулируемых отборах в установленных пределах, несмотря на внешние возмущения. Эти физические величины, по которым ведется процесс регулирования, являются регулируемыми параметрами.Применявшиеся ранее рычажные системы регулирования обладают серьезными недостатками.Часть из них были преодолены за счет перехода к рычажно-гидравлическим системам автоматического регулирования. Следующим этапом в развитии систем автоматического регулирования было внедрение ступеней усиления с чисто гидравлическими связями. Переход к гидравлическим системам регулирования позволил избавиться от ряда недостатков, свойственных рычажным и рычажно-гидравлическим системам.В целом, на определенном этапе развития гидравлические системы зарекомендовали себя весьма надежными и экономически выгодными в эксплуатации. Такие системы до сих пор являются наиболее распространенными.Однако гидромеханические системы регулирования и защиты паровых турбинпостепенно уступили местоэлектрогидравлическим. Такая модернизация позволила значительно снизить нечувствительность системы регулирования, повысить её надежность и эксплуатационные характеристики. Однако полностью исключить гидравлический привод органов регулирования не представлялось возможным в силу низкого быстродействия или значительных габаритных размеров приводов другого типа.Результаты проведенных исследований показали, что основные требования, в части обеспечения высоких эксплуатационных качеств в различных режимах работы, могут быть удовлетворены за счёт сочетания электрического и механического (пружинного) приводов. Элементом, позволяющим осуществить такую комбинацию приводов, является электромагнитная муфта. При этом механический привод должен быть соединён с регулирующим органом непосредственно, а электропривод – через электромеханическую муфту.Такая схема организации управления регулирующими органами турбины позволит обеспечить её безопасность в аварийных ситуациях за счёт отключения электропривода и быстрого закрытия регулирующих органов освободившимся пружинным приводом, и хорошую управляемость турбиной в различных эксплуатационных режимах работы.Список литературы1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Утв. Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 марта 2014 года № 116.2. Правила технической эксплуатации тепловых электрических станций и сетей Российской Федерации: офиц. текст. Утв. Приказом Минэнерго России № 229 от 19.06.03: ввод.в действие с 30.06.03: зарег. в Минюсте России 20.06.03 № 4799. – М.: Омега-Л, 2006. – 256 с.3. Правила техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей: РД 34.03.201-97. Утв. Мин. топлива и энергетики РФ 03.04.1997: ввод.в действие с 15.10.1997. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 124 с.4. Методические указания по проверке и испытаниям автоматических систем регулирования и защит паровых турбин: РД 34.30.310. – М.: ПО «Союзтехэнерго», 1983.5. Технические требования к генерирующему оборудованию участников оптового рынка. – М.: ОАО «СА ЕЭС», 2011.6. Типовая инструкция по пуску из различных тепловых состояний и останову моноблока мощностью 300 МВт с турбиной К-300-240 ЛМЗ: РД 34.25.512. – М.: ГТУ ЭЭ, 1986.7. Нормы участия энергоблоков тепловых электростанций в нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности. Стандарт организации. Москва, 2013. Режим доступа: http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_002-2013_freq_regulation.pdf. 8. Аминов Р.З. АЭС с ВВЭР: режимы, характеристики, эффективность / Р.З. Аминов и др. М., 1990.9. Тепловые и атомные электрические станции: справочник / под общ.ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989.10. Беляев Л.А. Турбины тепловых и атомных электрических станций. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 142 с.11. Ляшков В.И. Тепловые двигатели и нагнетатели: учебное пособие. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. – 124 с.12. Трухиний А.Д., Ломаин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки. – М.: МЭИ, 2003. – 540 с.13. Газотурбины и парогазовые установки тепловых электростанций / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремизов. – М. : МЭИ, 2003. – 584 с.14. Кирюхин В.И., Тараненко Н.М., Огурцова Е.П., Крюков В.И., Кургузников В.И., Лавров Е.И., Варакушев В.А. Паровые турбины малой мощности КТЗ. – Москва, Энергоатомиздат, 1987, 216 с.15. Леснов В.А., Новоселов В.Б. Регулирование и автоматизация паровых турбин и газотурбинных установок. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. – 344 с.16. Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин. – СПб.: ИПК «Коста», 2011. – 400 с.17. Клюев А.С., Товарнов А.Г. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования.– М.: Энергоатомиздат, 1989.18. Ефремова Т.А., Мартюшев Д.Н. Расчет характеристик системы автоматического управления мощностью энергоблока АЭС// Научн. ж. «Молодой ученый». – 2015. – № 22,5(102,5). С. 39–42.19. Калашников А.А. Динамика регулирования турбин. – Москва:Энергоатомиздат, 1999. – 328 с.20. Электрогидравлические системы автоматического регулирования паровых турбин ЛМЗ для участия в нормированном первичном регулировании частоты и мощности / В.В. Лыско, И.З. Черномзав, А.С. Лисянский, М.Л. Волчегорский, С.Ю. Помелов // Электрические станции. Энергопрогресс, 2009. № 3. с. 9–14.21. Поспелов А.А., Ледуховский Г.В., Михеев П.Г. Режимы работы и эксплуатация паротурбинных установок ТЭС: Учеб.пособие / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2016. – 376 с.22. Паровые турбины малой мощности КТЗ / П 18 / В.И. Кирюхин [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 216 с.23. Турбина паровая Т-8,5/10,2-3,4/0,18. Руководство по эксплуатации. – Калуга: ОАО «КТЗ», 2012.24. Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: учеб.пособие для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 540 с.25. Ефремова Т.А., Мефедова Ю.А. Моделирование характеристик системы автоматического регулирования частоты вращения турбины атомной электростанции // Вестник КРСУ. – 2016. – Т. 16, № 9– С. 49 – 51.26. Мельников Д.В., Фишер М.Р. Математическая модель контура регулирования частоты вращения ротора паровой турбины К-800-130/3000 // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2011, спец. вып. Энергетическое и транспортное машиностроение. –С. 197−215.27. Колесников А.А. Синергетические методы управления сложными системами: Энергетические системы. – Москва, Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013, 248 с.28. Мин Чжо Ту. Особенности динамики регулирования энергетических турбин при случайных возмущениях // Научное обозрение. – 2014. – № 5. –С. 175−180.29. Мельников Д.В., Егупов Н.Д. Cинтез систем регулирования энергетических турбин в условиях параметрической неопределенности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2011. –№ 5−1.–С. 108−113.30. Мельников Д.В., Фишер М.Р. Динамика регулирования энергетических турбин с учетом случайных возмущений // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2011, спец. вып. Энергетическое и транспортное машиностроение. –С. 143−150.31. Корнюшин Ю.П, Мельников Д.В., Егупов Н.Д., Корнюшин П.Ю. Исследование и расчет параметров элементов системы регулирования частоты вращения ротора турбины с учетом параметрической неопределенности математической модели // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. – 2014. – № 1. –С. 78−93.32. Мельников Д.В. Метод автоматизированного исследования систем регулирования энергетических турбин при случайных возмущениях. – Автореф. дис. канд. техн. наук. – Обнинск, 2002. – 23 с.33. Мельников Д.В., Мин Ч.Т.Математическая модель систем регулирования энергетических турбин с регулируемыми отборами пара // Инженерный журнал: наука и инновации, 2015, вып. 2. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/pmce/tctp/1366.html.