CS241394B1

CS241394B1 - Connection for flue gas temperature control for combustion turbines

Info

Publication number: CS241394B1
Application number: CS837327A
Authority: CS
Inventors: Jurij Sirokorad; Alexander Hahn; Vladimir Sobotka
Original assignee: Jurij Sirokorad; Alexander Hahn; Vladimir Sobotka
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1986-03-13
Also published as: CS732783A1

Abstract

Účelem je zjednodušení teplotního regulátoru, tedy i výroby, a zlepšení provozních vlastností, čehož se dosahuje tím, že napěťový omezovač je zapojen na první vstup rozdílového členu, jenž je připojen přes odchylkový usměrňovač a napětově kmitočtový převodník na řídicí člen ovládající krokový motor s připojeným hydraulickým výkonovým členem a polohovým vysílačem, na který je zapojen napájecí generátor, zatímco druhý vstup rozdílového členu je připojen přes dolní propust a polohový usměrňovač na polohový vysílač, přičemž druhý výstup odchylkového usměrňovače je propojen s druhým vstupem řídicího členu.The purpose is to simplify the temperature controller, and therefore its production, and to improve its operating properties, which is achieved by connecting the voltage limiter to the first input of the differential element, which is connected via a differential rectifier and a voltage-frequency converter to a control element controlling a stepper motor with a connected hydraulic power element and a position transmitter, to which a power generator is connected, while the second input of the differential element is connected via a low-pass filter and a position rectifier to the position transmitter, with the second output of the differential rectifier being connected to the second input of the control element.

Description

Účelem je zjednodušení teplotního regulátoru, tedy i výroby, a zlepšení provozních vlastností, čehož se dosahuje tím, že napěťový omezovač je zapojen na první vstup rozdílového členu, jenž je připojen přes odchylkový usměrňovač a napětově kmitočtový převodník na řídicí člen ovládající krokový motor s připojeným hydraulickým výkonovým členem a polohovým vysílačem, na který je zapojen napájecí generátor, zatímco druhý vstup rozdílového členu je připojen přes dolní propust a polohový usměrňovač na polohový vysílač, přičemž druhý výstup odchylkového usměrňovače je propojen s druhým vstupem řídicího členu.The purpose is to simplify the temperature controller, including production, and to improve the operating characteristics, which is achieved by the fact that the voltage limiter is connected to the first input of the differential element, which is connected via a deviation rectifier and voltage converter. a power member and a position transmitter to which the power generator is connected, while the second input of the differential member is connected through the low pass filter and the position rectifier to the position transmitter, the second output of the offset rectifier being connected to the second input of the control member.

241304241304

Vynález se týká zapojení pro regulaci teploty spalin u spalovacích turbín.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a flue gas temperature control circuit for combustion turbines.

Jedním z nejdůležitějších sledovaných parametrů spalovacích turbín je vstupní teplota spalin. Je všeobecně známo, že čím větší je teplota spalin před turbínou, tím větší termické účinnosti lze dosáhnout. Na druhé straně je však maximálně přípustná vstupní teplota spalin omezena konstrukcí samotné turbíny i použitými materiály; překročení této maximálně přípustné vstupní teploty může mít za následek těžkou havárii. Z těchto důvodů musí být před turbínou zařazen teplotní regulátor, který vstupní teplotu udržuje v předepsaném teplotním rozmezí. V praxi se od teplotního regulátoru vyžaduje zejména vysoká spolehlivost a rychlost regulačních zásahů, linearita charakteristiky, vysoká přesnost a citlivost i dynamická stabilita.One of the most important monitored parameters of combustion turbines is the flue gas inlet temperature. It is well known that the higher the flue gas temperature upstream of the turbine, the greater the thermal efficiency can be achieved. On the other hand, the maximum admissible flue gas inlet temperature is limited by the design of the turbine itself and the materials used; exceeding this maximum admissible inlet temperature may result in a severe accident. For this reason, a temperature controller must be installed upstream of the turbine to maintain the inlet temperature within the prescribed temperature range. In practice, a temperature regulator is required in particular for high reliability and speed of control interventions, linearity characteristics, high accuracy and sensitivity and dynamic stability.

Stávající teplotní regulátory prvního provedení jsou v podstatě elektrohydraulická zařízení, obsahující elektrické měřicí a regulační obvody s výstupním elektrohydraulickým převodníkem, který je zapojen v hydraulické řídicí větvi otáčkového regulátoru turbíny. U těchto teplotních regulátorů je na vstup vlastního regulačního orgánu, umístěného v palivovém přívodu do spalovací komory, připojen hydraulický servomotor se sériově předřazenými elektrohydraulickým převodníkem a elektromagnetem, dále regulačním členem, měřicím zesilovačem a dále teplotním čidlem, které je umístěno ve spalinovém potrubí za spalovací komorou.The existing temperature controllers of the first embodiment are essentially electrohydraulic devices comprising electrical measuring and control circuits with an output electrohydraulic transducer that is connected in the hydraulic control branch of the turbine speed governor. In these temperature regulators, a hydraulic servomotor with a series-mounted electrohydraulic converter and an electromagnet is connected to the inlet of the regulator located in the fuel inlet to the combustion chamber, as well as a regulating element, a measuring amplifier and a temperature sensor. .

Snímaný elektrický signál z teplotního čidla se zde zesiluje a srovnává s porovnávacím elektrickým signálem z napěťového zdroje. Takto získaná napěťová diference se v analogovém elektro-magneto-hydraulickém převodníku hydraulické řídicí větve mění v tlak impulsního oleje pro regulační orgán.The sensed electrical signal from the temperature sensor is amplified and compared with a comparative electrical signal from a voltage source. The voltage difference obtained in this way in the analogue electro-magneto-hydraulic converter of the hydraulic control branch changes into a pulse oil pressure for the control element.

Nevýhodou teplotních regulátorů prvního provedení je komplikovaná výroba elektromagneto-hydraulických převodníků, která má za následek velký rozptyl provozních parametrů, jehož důsledkem je zhoršení dynamické stability regulačních systémů. Zároveň použití elektro-magneto-hydraulického převodníku vyžaduje následné zesílení tlakového signálu v několikastupňovém hydraulickém zesilovači, jehož výroba je opět značně náročná a drahá. Několikastupňový elektro-magneto-hydraulický zesilovač vnáší do regulačního systému další časové konstanty, které nepříznivě ovlivňují jeho stabilitu. Provozně jsou teplotní regulátory prvního provedení velmi náročné a často porušují i dynamickou stabilitu systému rychlostní regulace turbíny.A disadvantage of the temperature controllers of the first embodiment is the complicated manufacture of electromagnetic-hydraulic converters, which results in a large dispersion of operating parameters, which results in a deterioration of the dynamic stability of the control systems. At the same time, the use of an electro-magneto-hydraulic transducer requires a subsequent amplification of the pressure signal in a multi-stage hydraulic amplifier, whose production is again very demanding and expensive. The multi-stage electro-magneto-hydraulic amplifier introduces additional time constants into the control system that adversely affect its stability. Operationally, the temperature controllers of the first embodiment are very demanding and often violate the dynamic stability of the turbine speed control system.

Stávající teplotní regulátory druhého provedení jsou v podstatě elektromechanická zařízení, která obsahují elektrické měřicí a řídicí obvody s výstupním nastavovacím elektromotorem žádaných otáček. U těchto teplotních regulátorů je na vstup vlastního regulačního orgánu, umístěného v palivovém přívodu do spalovací komory, připojen měnič otáček s nastavovacím elektromotorem, přičemž na vstupu tohoto nastavovacího elektromotoru jsou sériově předřazeny výkonový spínač, řídicí počítač, analogonumerický převodník, měřicí zesilovač a teplotní čidlo, které je umístěno ve spalinovém potrubí mezi spalovací komorou a turbínou. Snímané elektrické impulsy se u těchto teplotních regulátorů zesilují a převádějí v normalizované analogové signály, které se z analogonumerického převodníku zavádějí do řídicího počítače. Porovnávací signál z řídicího počítače pak ovládá výkonový spínač nastavovacího elektromotoru, a tím i tlak impulsního oleje v systému rychlostní regulace.Existing temperature controllers of the second embodiment are essentially electromechanical devices that include electrical measuring and control circuits with a setpoint output electric motor. In these temperature controllers, a speed converter with an adjusting electric motor is connected to the input of the regulator itself, located in the fuel supply line to the combustion chamber, and at the input of the adjusting electric motor are a series of power switch, control computer, analogue converter, measuring amplifier and temperature sensor. which is located in the flue gas duct between the combustion chamber and the turbine. The sensed electrical pulses of these temperature controllers are amplified and converted into standardized analog signals, which are fed from the analog-numeric converter to the control computer. The comparator signal from the control computer then controls the power switch of the adjusting electric motor and thus the pulse oil pressure in the speed control system.

Nevýhodou tohoto řešení je vysoká cena, další časové prodlevy, vznikající při přestavování měniče otáček, a tím i větší krátltodové teplotní špičky, které nepříznivě ovlivňují životnost lopatkování turbíny.The disadvantage of this solution is the high cost, additional time delays resulting from the changeover of the speed converter, and hence the greater short-time temperature peaks, which adversely affect the turbine blade service life.

U teplotních regulátorů třetího provedení je na výstupu hydraulického servomotoru upraven vlastní regulační orgán, který je umístěn v palivovém přívodu do spalovací komory, a na vstup tohoto hydraulického servomotoru jsou sériově předřazeny analogový elektrohydraulický převodník s elektromagnetem a dále výpočtový obvod, přičemž na první vstup výpočtového obvodu je připojen první měřicí zesilovač s předřazeným prvním teplotním čidlem, umístěným ve výstupním spalinovodu za spalovací turbínou, na druhý vstup výpočtového obvodu je připojen druhý měřicí zesilovač s předřazeným čidlem tlakové diference, zapojeným do potrubí před a za spalovací turbínou a na třetí vstup výpočtového obvodu je připojen třetí měřicí zesilovač s předřazeným druhým teplotním čidlem, umístěným v sacím potrubí vzduchového kompresoru.In the case of temperature controllers of the third embodiment, the output of the hydraulic servomotor is provided with its own regulating element, which is located in the fuel inlet to the combustion chamber, and an analogue electrohydraulic converter with electromagnet is connected in series to the input of the hydraulic servomotor. a first measuring amplifier with a first temperature sensor located in the downstream flue gas line downstream of the combustion turbine is connected, a second measuring amplifier with a pressure differential sensor connected upstream and downstream of the combustion turbine is connected to the second input of the computing circuit; connected to a third measuring amplifier with an upstream second temperature sensor located in the intake manifold of the air compressor.

V teplotních regulátorech třetího provedení se vstupní teplota spalin před spalovací turbínou určuje nepřímo, a to výpočtem ze tří snímaných teplotních a tlakových hodnot. První teplotní hodnota se získává prvním teplotním čidlem, tlaková hodnota se získává čidlem tlakové diference a druhá teplotní hodnota se získává druhým teplotním čidlem. Vlastní teplotní regulátory třetího provedení jsou v podstatě stejné jako teplotní regulátory prvního provedení. Oproti oběma uvedeným provedením mají však tu výhodu, že jejich teplotní čidla nejsou vystavena tak vysokým teplotám. Teplotní údaje, získané prvním teplotním čidlem za spalovací turbínou, jsou naprosto spolehlivé, protože teplotní pole ve vystupujících spalinách je už v podstatě vyrovnané. Nevýhodou teplotních regulátorů třetího provedení je nutnost použití většího množství čidel s náročnými měřicími zesilovači.In the temperature controllers of the third embodiment, the inlet temperature of the flue gas upstream of the combustion turbine is determined indirectly by calculating from three sensed temperature and pressure values. A first temperature value is obtained by a first temperature sensor, a pressure value is obtained by a pressure difference sensor, and a second temperature value is obtained by a second temperature sensor. The actual temperature controllers of the third embodiment are substantially the same as the temperature controllers of the first embodiment. However, they have the advantage over both of the above embodiments that their temperature sensors are not exposed to such high temperatures. The temperature data obtained by the first temperature sensor downstream of the combustion turbine are absolutely reliable, since the temperature field in the exiting flue gas is already substantially balanced. A disadvantage of temperature controllers of the third embodiment is the necessity to use a larger number of sensors with demanding measuring amplifiers.

Většinu uvedených nevýhod stávajících teplotních regulátorů odstraňuje zapojení pro regulaci teploty spalin zejména u spalovacích turbín, které obsahuje teplotní čidlo umístěné v potrubí přívodu spalin zapojené přes měřicí zesilovač a regulační člen na napěťový omezovač současně s napěťovým zdrojem. Podstata vynálezu spočívá v tom,, že napěťový omezovač je zapojen na první vstup rozdílového členu, jenž je připojen přes odchylkový usměrňovač a napěťově kmitočtový převodník na řídicí člen ovládající krokový motor s připojeným hydraulickým výkonovým členem a polohovým vysílačem, na který je zapojen napájecí generátor, zatímco druhý vstup rozdílového členu je připojen přes dolní propust a polohový usměrňovač na polohový vysílač, přičemž druhý výstup odchylkového usměrňovače je propojen s druhým vstupem řídicího členu.Most of these disadvantages of existing temperature controllers are eliminated by a flue gas temperature control circuit, particularly for combustion turbines, which includes a temperature sensor located in the flue gas supply line connected via a measuring amplifier and a control member to a voltage limiter simultaneously with the voltage source. SUMMARY OF THE INVENTION The voltage limiter is connected to a first input of a differential member which is connected via a deflection rectifier and a voltage / frequency converter to a stepper motor control member with a connected hydraulic power member and a position transmitter connected to a power generator. while the second differential member input is coupled through the low pass filter and the position rectifier to the position transmitter, the second output rectifier output being coupled to the second input of the control member.

Výhodou zapojení podle vynálezu je snadná dostupnost jeho jednotlivých komponent a z toho částečně vyplývající jednoduchost výroby i výhodné provozní vlastnosti, zejména vhodné dynamické parametry a z nich plynoucí stabilita regulace.The advantages of the circuitry according to the invention are the easy availability of its individual components and the resulting simplicity of manufacture and advantageous operating characteristics, in particular suitable dynamic parameters and the resulting control stability.

Příklad vynálezu je znázorně na výkresu, na němž je blokové schéma zapojení teplotního regulátoru spalovací turbíny.An example of the invention is shown in the drawing, in which there is a block diagram of a combustion turbine temperature controller.

Ve znázorněném a popisovaném provedení sestává zapojení z regulační části a z převodníkové části. Regulační část tvoří napěťový omezovač 5, na jehož první vstup je připojen napěťový zdroj 4 a na jehož druhý vstup je připojen regulační člen 3 se sériově předřazeným měřicím zesilovačem 2 a teplotním čidlem 1, které je umístěno v neznázorněném spalinovém potrubí mezi spalovací komorou a spalovací turbínou. Výstup napěťového omezovače 5 je připojen na vstup převodníkové části.In the embodiment shown and described, the circuitry comprises a control section and a converter section. The control part consists of a voltage limiter 5, the first input of which is connected to a voltage source 4 and the second input of which is connected a regulating member 3 with a series measuring amplifier 2 and a temperature sensor 1, which is located in a flue gas line (not shown) between the combustion chamber and the combustion turbine. . The output of the voltage limiter 5 is connected to the input of the converter part.

Převodníková část obsahuje ovládací větev, na jejíž první vstup je připojen výstup napěťového omezovače 5, dále kinematickou skupinu, která je svým vstupem elektricky připojena k výstupu ovládací větve, a dále zpětnovazební větev, která elektricky propojuje zpětnovazební výstup kinematická skupiny se druhým vstupem ovládací větve. V ovládací větvi jsou za sebou zařazeny rozdílový člen 6, na jehož první vstup 18 je připojen napěťový omezovač 5, dále odchylkový usměrňovač 7, napěťový kmitočtový převodník 8 a řídicí člen 9, na jehož výstup je elektricky připojen krokový motor 18 kinematické skupiny, přičemž druhý výstup 21, odchylkového usměrňovače 7 je elektricky spojen s druhým vstupem 29 řídicího členu 9. Kinematickou skupinu zde tvoří krokový motor 10, který je polohovým hřídelem 16 kinematicky spojen s polohovým vysílačem 11, na který je elektricky zapojen napájecí generátor 12 a výkonovým hřídelem 17 je spojen s hydraulickým výkonovým' členem 15, zapojeným na průtokový orgán, umístěný v neznázorněné regulační skříni spalovací turbíny. Zpětnovazební větev mezi polohovým vysílačem 11 a druhým vstupem 19 rozdílového členu 6 je osazena sériově řazeným polohovým usměrňovačem 13 a dolní propustí 14.The transducer section comprises a control branch to which the output of the voltage limiter 5 is connected, a kinematic group electrically connected to the control branch output, and a feedback branch electrically connecting the feedback output of the kinematic group to the second control branch input. In the control branch, a differential member 6 is connected in succession, to which a first input 18 is connected a voltage limiter 5, a deviation rectifier 7, a voltage converter 8 and a control member 9, to whose output an electrically connected stepper motor 18 is connected. the output 21 of the deviation rectifier 7 is electrically coupled to the second input 29 of the control member 9. The kinematic group here is a stepper motor 10, which is positively coupled to the position transmitter 11 by a position shaft 16 to which the power generator 12 is electrically connected. connected to a hydraulic power member 15 connected to a flow member located in a combustion turbine control box (not shown). The feedback branch between the position transmitter 11 and the second inlet 19 of the differential member 6 is fitted with a series actuated position rectifier 13 and a low pass filter 14.

Zapojení pracuje takto: Termoelektrickým efektem v teplotním čidle 1 vytvářené snímané napětí, úměrné skutečné teplotě spalin, je v měřicím zesilovači 2 zesíleno a přivedeno do regulačního členu 3, v němž se odečítá od konstatní hodnoty srovnávacího napětí, předem nastavené podle požadované teploty spalin. Výsledné rozdílové napští se v regulačním členu 3 dále zesiluje a dynamicky zpracovává, načež se přivádí na druhý vstup napěťového omezovače 5. V napěťovém omezovači 5 se vzhledem ke dvěma -omezovacím napětím, přiváděným na jeho první vstup z napěťového zdroje 4, vytvářejí tři regulační pásma. Pokud se regulační napětí, přiváděné na druhý vstup napěťového omezovače 5, nalézá ve středním regulačním pásmu mezi uvedenými dvěma omezovacími napětími, není napěťovým omezovačem 5 nijak ovlivňováno. Pokud regulační napětí přesáhne střední regulační pásmo, je sníženo na hodnotu horního omezovacího napětí. Pokud regulační napětí nedosahuje do středního regulačního pásma, je zvýšeno na hodnotu dolního omezovacího napětí. Z napěťového- omezovače 5 se takto upravené modifikované napětí zavádí na první vstup rozdílového členu 6, na jehož druhý vstup se současně zpětnovazební větví přivádí polohové napětí, odpovídající úhlovému natočení polohového hřídele 16 krokového motoru 18.The circuit works as follows: The sensed voltage generated by the thermoelectric effect in the temperature sensor 1, proportional to the actual flue gas temperature, is amplified in the measuring amplifier 2 and fed to a control element 3 in which it is subtracted from the constant value of the comparative voltage preset according to the desired flue gas temperature. The resulting differential voltage is further amplified and dynamically processed in the control member 3, and then fed to the second input of the voltage limiter 5. Three voltage bands are formed in the voltage limiter 5 due to the two limiting voltages applied to its first input from the voltage source 4. . If the control voltage applied to the second input of the voltage limiter 5 is located in the central control band between the two limiting voltages, the voltage limiter 5 is not affected in any way. If the control voltage exceeds the middle control range, it is reduced to the upper limit voltage. If the control voltage does not reach the middle control range, it is increased to the value of the lower limiting voltage. From the voltage limiter 5, the modified voltage thus applied is applied to the first input of the differential member 6, the second input of which is simultaneously supplied with a feedback string corresponding to the angular rotation of the position shaft 16 of the stepper motor 18.

V rozdílovém členu 6 se polohové napětí odečítá od modifikovaného napětí a takto vzniklá napěťová diference se dále zpracovává v odchylkovém usměrňovači 7, přičemž se na jeho prvním výstupu objevuje ovládací napětí, úměrné absolutní hodnotě napěťové diference, a na jeho druhém výstupu se objevuje polaritní signál, odpovídající polaritě napěťové diference. Z odchylkového usměrňovače 7 přiváděné 0vládací napětí vytváří na výstupu z napěťově kmitočtového převodníku 8 sled napěťových impulsů, jehož frekvence je tomuto ovládacímu napětí úměrná. V řídicím členu 9 se z napěťových impulsů, přiváděných na jeho první vstup, a z polaritního signálu, přiváděného na jeho¹ druhý vstup, vytvářejí časově proměnné řídicí signály pro ovládání krokového motoru 10.In the differential member 6, the position voltage is subtracted from the modified voltage and the resulting voltage difference is further processed in the deviation rectifier 7, with its first output showing a control voltage proportional to the absolute value of the voltage difference, and its second output showing a polarity signal. corresponding to the polarity of the voltage difference. The control voltage supplied from the deviation rectifier 7 generates a sequence of voltage pulses at the output of the voltage-frequency converter 8, the frequency of which is proportional to this control voltage. The control portion 9 of the voltage pulses supplied to its first input, and the polarity signal applied to its second input ^one, form a time-varying control signal for controlling the stepping motor on the 10th

Polohový hřídel 16 krokového motoru 10, ovládaný řídicími signály, otáčí rotorem polohového vysílače 11 buzeného napájecím generátorem 12 a zároveň otáčí výkonovým hřídelem 17 výkonového členu 15. Ve výkonovém členu 15 upravený neznázorněný průtokový orgán pak podle úhlu natočení výkonového hřídele 17 ovládá průtoko241394 vé množství plynu, přiváděného do spalovací komory, a tím i teplotu spalin, Z výstupu polohového vysílače 11 vycházející střídavé polohové napětí se po průchodu polohovým usměrňovačem 13 a dolní propustí 14 usměrní, vyfiltruje a jako stejnoměrné polohové napětí se přivede na druhý vstup rozdílového členu 6.The positioning shaft 16 of the stepper motor 10, controlled by the control signals, rotates the rotor of the position transmitter 11 driven by the power generator 12 and at the same time rotates the power shaft 17 of the power member 15. The alternating position voltage coming from the output of the position transmitter 11, after passing through the position rectifier 13 and the low pass filter 14, is rectified, filtered and applied as a uniform position voltage to the second input of the differential member 6.

Claims

SUBJECT

Wiring for controlling the temperature of flue gas, in particular in combustion turbines, comprising a temperature sensor located in the flue gas supply line connected via a measuring amplifier and a regulating element and a voltage limiter simultaneously with the voltage source, characterized in that the voltage limiter (5) is connected to the first input (18) ) a differential member (6) connected via a deflector (7) and a voltage converter (8) to a control member (9) controlling the stepper motor of the invention (10) with the hydraulic power member (15) and position transducer (11) connected to which the power generator (12) is connected, while the second input (19) of the differential member (6) is connected via the low-pass filter (14) and the position rectifier (13) to the position transmitter (11), the rectifier (7) is coupled to the second input (20) of the control member (9).