RU2858110C1 - Блок управления исполнительным устройством системы защиты турбины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, и может быть использовано в электрогидравлических системах защиты паровых или гидравлических турбин. Блок управления исполнительным устройством защиты турбины содержит гидрораспределители, каждый из которых включает в себя электромагнит и гидравлический золотник и имеет электрический вход c возможностью получения электрического сигнала от формирователя сигнала защиты и гидравлический выход. Гидравлические выходы гидрораспределителей совместно формируют общий гидравлический выход, соединенный с напорной линией, линией к исполнительному устройству и сливной линией, с формированием результирующего гидравлического сигнала к исполнительному устройству по логической схеме голосования «2 из 3». Общий гидравлический выход гидрораспределителей соединен с напорной линией через дополнительно установленные на напорной линии гидрораспределитель деблокировки и гидрозамок, параллельно соединенные между собой, при этом гидравлические выходы гидрораспределителя деблокировки и гидрозамка соединены с линией к исполнительному устройству. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и быстродействия блока управления исполнительным устройством турбины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, и может быть использовано в электрогидравлических системах защиты паровых или гидравлических турбин.

При проектировании блоков управления, входящих в состав электрогидравлических систем защиты турбин, актуальной задачей является создание блоков управления с компонентами, способными стабильно выполнять свои функции в течении заданного времени при любых эксплуатационных условиях. В современных конструкциях блоков управления исполнительными устройствами существенной технической проблемой является обеспечение их высокой эксплуатационной надежности в сочетании с быстродействием.

Блок управления исполнительным устройством (золотником или клапаном) представляет собой основной элемент преобразования электрического управляющего сигнала, сформированного в электрической части системы регулирования и защиты, в гидравлический сигнал управления исполнительным устройством на останов турбины в аварийной ситуации или в случае возникновения недопустимых режимов работы.

Гидравлический сигнал управления исполнительным устройством формируется по логической схеме голосования «2 из 3», т.е. блок управления остается работоспособным при выходе из строя одного из трех параллельно соединенных гидравлических компонентов. Также формирование гидравлического сигнала по логической схеме голосования «2 из 3» позволяет выполнять поочередную проверку работоспособности (тестирование) каждого гидравлического компонента в процессе эксплуатации турбины без изменения режима работы.

Известно техническое решение «Гидравлическая предохранительная и силовая масляная система для регулирования подвода пара в турбину» (патент РФ№2080456; F01D21/20, F15B11/00; опубл. 27.05.1997 г.). Гидравлическая предохранительная и силовая масляная система для регулирования подвода пара в турбину содержит гидроуправляемый клапан, соединенный патрубком с гидравлическим клапаном, который управляет подводом пара в турбину. В системе, согласно изобретению, в качестве рабочей среды используется, например, масло. Через гидравлический клапан подается масло по маслоподающему трубопроводу от патрубка. Первая трехканальная гидравлическая схема «2 из 3», предусмотрена для управления перемещениями гидроуправляемого клапана. Вторая трехканальная гидравлическая схема «2 из 3» контролирует давление в напорном трубопроводе. Первая и вторая схемы механически соединены между собой, и имеют на каждый канал по одному клапану, которые соединены поканально в узлы, гидравлически приводимые в действие. Клапаны представляют собой золотники, имеющие четыре присоединительных элемента и пружины. Гидравлический привод осуществляется через маслоподающие трубопроводы по одному на канал. Управление гидравлическим приводом происходит с помощью электромагнитных клапанов по одному на канал.

Также представлены вариант осуществления изобретения с одной схемой «два из трех» и другой вариант, в котором используется одна схема «два из трех» с электромагнитным управлением, т.е. каждый из клапанов снабжен пусковым магнитом.

Недостатками данного технического решения, снижающими эксплуатационную надежность, являются:

- наличие двух гидравлических схем «два из трех» с механически связанными клапанами увеличивает сложность системы, повышая риск отказов, и снижает надежность из-за взаимозависимости каналов;

- большое количество диафрагм и сложная сеть трубопроводов создают перепады давления, что может вызвать гидравлические удары и повредить уплотнительное место гидравлического клапана, который управляет подводом пара в турбину;

- для срабатывания гидроуправляемого клапана давление в напорном трубопроводе снижается без перекрытия, что замедляет срабатывание и снижает надежность системы в аварийных ситуациях.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является «Трехканальная система защиты турбоагрегата» (патент РФ№2431046; F01D21/02; опубл. 10.10.2011 г.). Система защиты турбоагрегата содержит зубчатое колесо, три канала защиты, каждый из которых включает в себя датчик частоты вращения и формирователь сигнала защиты, источник тестового сигнала и переключатель поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты. Система также содержит блок электромагнитных золотников защиты (блок управления исполнительным устройством защиты), каждый из которых имеет в своем составе три электромагнитных золотника защиты (гидрораспределителя). Каждый электромагнитный золотник защиты содержит дроссельную шайбу, соленоидный клапан и гидравлический золотник. Вход каждого соленоидного клапана соединен с выходом соответствующего формирователя сигнала защиты, выход каждого соленоидного клапана соединен с входом гидравлического золотника. Выходы гидравлических золотников совместно формируют общий выход блока электромагнитных золотников защиты по логической схеме голосования «2 из 3», соединенный с линией защиты турбоагрегата, линией слива рабочей жидкости в бак и линией подвода рабочей жидкости от силового насоса. В блоке электромагнитных золотников защиты не предусмотрено применение датчиков контроля положения электромагнитных золотников защиты.

Недостатками известного решения являются:

- значительное снижение эксплуатационной надежности в случае отказа или обесточивания соленоидных клапанов при подаче сигнала защиты;

- низкая ремонтопригодность, вследствие применения в блоке защиты не унифицированных электромагнитных золотников, и, соответственно, снижение эксплуатационной надежности;

- невозможность тестирования любого канала защиты на работающей турбине, т.к. в предлагаемом решении не предусмотрен контроль положения гидравлических золотников, в результате чего последовательное тестирование может привести к непредвиденному останову турбины.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности и быстродействия блока управления исполнительным устройством турбины.

Для достижения указанного выше технического результата блок управления исполнительным устройством защиты турбины содержит гидрораспределители, каждый из которых включает в себя электромагнит и гидравлический золотник и имеет электрический вход c возможностью получения электрического сигнала от формирователя сигнала защиты и гидравлический выход. Гидравлические выходы гидрораспределителей совместно формируют общий гидравлический выход, соединенный с напорной линией, линией к исполнительному устройству и сливной линией, с формированием результирующего гидравлического сигнала к исполнительному устройству по логической схеме голосования «2 из 3». Каждый гидрораспределитель подключен к сливной линии.

При этом, согласно заявляемому изобретению, общий гидравлический выход соединен с напорной линией через дополнительно установленные на напорной линии гидрораспределитель деблокировки и гидрозамок, параллельно соединенные между собой, при этом гидравлические выходы гидрораспределителя деблокировки и гидрозамка соединены с линией к исполнительному устройству.

С целью дополнительного повышения надежности блока управления исполнительным устройством защиты турбины на напорной линии на гидравлическом входе в гидрозамок установлен регулируемый дроссель с обратным клапаном.

С целью дополнительного повышения надежности блока управления исполнительным устройством защиты турбины гидрораспределители оснащены датчиками положения гидравлических золотников.

Соединение общего гидравлического выхода с напорной линией через дополнительно установленные на напорной линии гидрораспределитель деблокировки и гидрозамок, параллельно соединенные между собой, обеспечивает отсечение общего гидравлического выхода (линии к исполнительному устройству) от напорной линии при срабатывании защиты и деблокировку блока управления при подаче электрического сигнала на гидрораспределитель деблокировки.

При срабатывании защиты линия к исполнительному устройству соединяется со сливной линией, при этом гидрозамок закрывается и перекрывает подачу рабочей жидкости под давлением в блок управления. Таким образом, снижение давления в линии к исполнительному устройству происходит с максимальной скоростью, а для срабатывания исполнительного устройства необходимо обеспечить слив минимального объема рабочей жидкости. При этом отсечение линии к исполнительному устройству от напорной линии позволяет повысить эксплуатационную надежность блока управления вследствие того, что существенно снижается вероятность поступления рабочей жидкости в линию к исполнительному устройству при срабатывании защиты. Тем самым, в отличие от прототипа, в котором линия защиты постоянно соединена с напорной линией, блок управления способен выполнять защитную функцию даже при неполном переключении гидрораспределителей при условии, что объем рабочей жидкости, поступающей в сливную линию через гидрораспределители, превышает объем утечек из напорной линии.

Параллельное соединение гидрораспределителя деблокировки и гидрозамка также позволяет обеспечить гарантированное и, следовательно, более надежное открытие гидрозамка при деблокировке.

Регулируемый дроссель с обратным клапаном на напорной линии предназначен для создания дополнительного гидравлического сопротивления перед входом в гидрозамок, что обеспечивает повышение надежности блока управления за счет обеспечения гарантированного закрытия гидрозамка при срабатывании защиты. Возможность регулировки дросселя с обратным клапаном позволяет обеспечить срабатывание гидрозамка, вне зависимости от конструктивных особенностей последнего.

Для контроля положения гидравлических золотников, гидрораспределители оснащены датчиками положения гидравлических золотников. Установка датчиков позволяет определить работоспособность гидрораспределителей, своевременно выявить неисправный, и, таким образом, повысить ремонтопригодность блока управления.

Все составные компоненты блока управления, такие как гидрораспределители, гидрораспределитель деблокировки, гидрозамок, регулируемый дроссель с обратным клапаном являются унифицированными компонентами, обеспечивающими высокий уровень унификации, определяющий ремонтопригодность изделия в части упрощения ремонта и снижения номенклатуры запасных частей. Повышение ремонтопригодности блока управления обеспечивает повышение его эксплуатационной надежности.

Представленные графические материалы содержат пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства.

На фиг. представлен блок управления исполнительным устройством защиты паровой турбины. Графическое изображение компонентов блока управления выполнено в соответствии с общепринятыми правилами условных графических обозначений в данной области техники.

Блок управления исполнительным устройством защиты турбины содержит гидрораспределители 1, 2, 3. Исполнительное устройство может представлять собой, например, гидравлический клапан (на фиг. не показан). В случае применения блока управления в системе защиты гидравлической турбины, исполнительное устройство может представлять собой, например, аварийный золотник. Каждый из гидрораспределителей 1, 2, 3 включает в себя электромагнит 1.1, 2.1, 3.1, гидравлический золотник 1.2, 2.2, 3.2, датчик положения 1.3, 2.3, 3.3 и имеет электрический вход с возможностью получения электрического сигнала от формирователя сигналов защиты (на фиг. не показан) и гидравлический выход. Датчик положения 1.3, 2.3, 3.3 может представлять собой индуктивный бесконтактный переключатель с дискретным выходным электрическим сигналом. Каждый гидрораспределитель 1, 2, 3 имеет гидравлические входы и выходы А, В, Р, Т. Соединение гидрораспределителей 1, 2, 3 между собой определяется выбранными схемами распределения потока рабочей жидкости гидрораспределителей 1, 2, 3. В данном примере конкретное соединение показано на представленной фигуре.

Каждый гидравлический золотник 1.2, 2.2, 3.2 оснащен возвратной пружиной 1.4, 2.4, 3.4 для его переключения как при потере электрического сигнала, так и при его принудительном снятии.

Датчики положения 1.3, 2.3, 3.3 предназначены для контроля положения гидравлических золотников 1.2, 2.2, 3.2.

Гидравлические выходы гидрораспределителей 1, 2, 3 совместно формируют общий гидравлический выход 4, соединенный с входом 5 напорной линии и входом 6 линии к исполнительному устройству с формированием результирующего гидравлического сигнала к исполнительному устройству по логической схеме голосования «2 из 3».

Каждый гидрораспределитель 1, 2, 3 подключен к входу 7 сливной линии, обеспечивая тем самым возможность соединения линии к исполнительному устройству со сливной линией.

Общий гидравлический выход 4 гидрораспределителей 1, 2, 3 соединен с входом 5 напорной линии через дополнительно установленные на напорной линии гидрораспределитель деблокировки 8 и гидрозамок 9, параллельно соединенные между собой. Гидрораспределитель деблокировки 8 имеет гидравлические входы и выходы А, В, Р, Т. Гидрозамок 9 представляет собой односторонний управляемый обратный клапан и имеет гидравлические вход и выход А, В. Гидравлический выход А гидрораспределителя деблокировки 8 и гидравлический выход B гидрозамка 9 соединены с входом 6 линии к исполнительному устройству.

Гидрораспределитель деблокировки 8 включает в себя электромагнит 8.1, гидравлический золотник 8.2, датчик положения 8.3, возвратную пружину 8.4, и имеет электрический вход для получения электрического сигнала от формирователя сигнала деблокировки.

На напорной линии на гидравлическом входе в гидрозамок 9 установлен регулируемый дроссель с обратным клапаном 10, имеющий гидравлические вход и выход А, В.

В качестве рабочей жидкости в блоке управления применяется, например, турбинное масло марки ТП-30.

Компоненты блока управления с необходимыми параметрами – гидрораспределители 1, 2, 3, гидрораспределитель деблокировки 8, гидрозамок 9, регулируемый дроссель с обратным клапаном 10 выбираются, исходя из требуемого расхода рабочей жидкости при срабатывании защиты и давления в напорной линии.

Все указанные выше компоненты блока управления, включая датчики положения, унифицированы и могут быть выбраны из каталогов сертифицированных производителей гидроаппаратуры в случае необходимости замены или ремонта.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

На фиг. все элементы блока управления изображены в деблокированном состоянии. При этом на электромагниты 1.1, 2.1, 3.1 гидрораспределителей
1, 2, 3 постоянно подается электрический сигнал от формирователя сигналов защиты.

В случае необходимости останова турбины в аварийной ситуации, или в случае возникновения недопустимых режимов работы, формирователь сигналов защиты отключает подачу электрического сигнала на электромагниты 1.1, 2.1, 3.1, в результате чего формируется результирующий гидравлический сигнал управления исполнительным устройством. При этом гидрораспределители 1, 2, 3 переключаются в сработанное положение под воздействием пружин 1.4, 2.4, 3.4, в результате чего происходит соединение выходов и входов А, В, Р, Т согласно внутренним схемам гидрораспределителей 1, 2, 3.

При этом вход 6 линии к исполнительному устройству соединяется со входом 7 сливной линии через гидрораспределители 1, 2, 3, и одновременно отсекается гидрораспределителем деблокировки 8 и гидрозамком 9 от входа 5 напорной линии, что приводит к максимально быстрому снижению давления рабочей жидкости до нуля на входе 6 линии к исполнительному устройству. При этом, в соответствии с общепринятыми правилами проектирования систем защиты турбоагрегатов, исполнительное устройство (гидравлический клапан) закрывает стопорные и регулирующие клапаны, управляющие подводом пара в турбину, и турбина останавливается. Формирование результирующего гидравлического сигнала управления исполнительным устройством на останов турбины в аварийной ситуации или в случае возникновения недопустимых режимов работы происходит при срабатывании не менее двух из трех гидрораспределителей 1, 2, 3 в соответствии с логической схемой голосования «2 из 3».

Срабатывание одного гидрораспределителя 1, 2, 3 из трех не приводит к изменению результирующего гидравлического сигнала управления, таким образом появляется возможность поочередного тестирования гидрораспределителей 1, 2, 3 на работающей турбине без ее останова. При неисправности одного из гидрораспределителей 1, 2, 3, оставшиеся в работе два гидрораспределителя формируют логическую схему голосования «1 из 2».

Для возврата блока управления в деблокированное состояние подается электрический сигнал на гидрораспределители 1, 2, 3 и их переключение контролируется с помощью датчиков положения 1.3, 2.3, 3.3, после чего подается импульсный электрический сигнал от формирователя сигнала деблокировки на гидрораспределитель деблокировки 8, при этом гидрозамок 9 откроется и обеспечит подачу рабочей жидкости под давлением на вход 6 линии управления исполнительным устройством. При этом, возвратная пружина 8.4 гидрораспределителя деблокировки 8 обеспечит его переключение в исходное положение.

Контроль переключения гидрораспределителя деблокировки 8 в деблокированное положение выполняется с помощью датчика положения 8.3. Ввод блока управления в работу возможен только при условии переключения гидрораспределителя деблокировки 8 в исходное положение.

Датчики положения 1.3, 2.3, 3.3 обеспечивают возможность безопасного последовательного тестирования любого гидрораспределителя 1, 2, 3 на работающей турбине без ее останова. Если в ходе последовательного тестирования не произошел возврат любого гидравлического золотника 1.2, 2.2, 3.2. в исходное положение, тестирование должно быть немедленно прекращено и следующее тестирование допускается только после устранения неисправности блока управления.

Claims (3)

1. Блок управления исполнительным устройством защиты турбины, содержащий гидрораспределители, каждый из которых включает в себя электромагнит и гидравлический золотник и имеет электрический вход c возможностью получения электрического сигнала от формирователя сигнала защиты и гидравлический выход, при этом гидравлические выходы гидрораспределителей совместно формируют общий гидравлический выход, соединенный с напорной линией, линией к исполнительному устройству и сливной линией, с формированием результирующего гидравлического сигнала к исполнительному устройству по логической схеме голосования «2 из 3», отличающийся тем, что общий гидравлический выход гидрораспределителей соединен с напорной линией через дополнительно установленные на напорной линии гидрораспределитель деблокировки и гидрозамок, параллельно соединенные между собой, при этом гидравлические выходы гидрораспределителя деблокировки и гидрозамка соединены с линией к исполнительному устройству.

2. Блок управления исполнительным устройством защиты турбины по п.1, отличающийся тем, что на напорной линии на гидравлическом входе в гидрозамок установлен регулируемый дроссель с обратным клапаном.

3. Блок управления исполнительным устройством защиты турбины по п.1, отличающийся тем, что гидрораспределители оснащены датчиками положения гидравлических золотников.