Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

турбины и камеры сгорания, которые имеют определенные гидравли­ ческие сопротивления. При изменении режима работы ГТУ меняются характеристики компрессора и гидравлические сопротивления тур­ бины. Эти изменения могут быть такими, что рабочая точка компрес­ сора сместится в область неустойчивой его работы, т. е. в область помпажа. Поэтому гидравлические характеристики компрессора и турбины совмещают и определяют область совместной устойчивой работы (рис. 1.8).

Характеристики е = / (Gr) являются характеристиками турбин при различных скоростях вращения п. Они показывают, что при постоянной скорости вращения уменьшение степени сжатия е вызы­ вает увеличение расхода G. Ха­

рактеристики Е = / (GK) являются характеристиками компрессора при различных гидравлических со­ противлениях. Они показывают, что с увеличением расхода £ к уве­

т

Точки пересечения характеристик турбины и компрессора соответ­ ствуют устойчивым режимам. По ним можно определить все пара­ метры совместной работы турбины и компрессора: температуру, давление, скорости вращения и расходы.

Рассмотрим вспомогательные агрегаты турбины. Следует учесть, что без них газовая турбина не может нормально эксплуатироваться. К вспомогательным агрегатам 'относятся: масляная система, валоповороты, турбодетандер, система подогрева и охлаждения масла.

На масляную систему возлагаются задачи: охлаждение подшип­ ников; обеспечение системы регулирования носителем энергии; уплотнение подшипников нагнетателя. Масляная система содержит основные и резервные маслонасосы. Основной насос работает непо­ средственно от газовой турбины, а резервные — от двигателей переменного тока. Таким образом, маслосистема имеет два незави­ симых источника энергии. Резервирование применяется для повы­

44

шения надежности системы, которая является весьма важной для турбины и нагнетателя.

Рассмотрим назначение турбодетандера. Турбодетандер разго­ няет турбину высокого давления и осевой компрессор до скорости 20—30% от номинальной. При разгоне осевой компрессор засасы­ вает воздух из атмосферы, сжимает его и подает в камеру сгорания,, где его температура, а следовательно, и энергия возрастают за счет сжигания топлива. Турбодетандер «помогает» турбине до тех пор, пока энергия рабочего тела не становится достаточной для обеспече­ ния самоходности. После этого турбодетандер отключают и выводят из зацепления с валом компрессора во избежание разноса при даль­ нейшем возрастании скорости ГТУ. Турбодетандер представляет собой расширительную турбину, работающую на энергии транс­ портируемого газа. Мощность, развиваемая турбодетандером, соста­ вляет (в зависимости от мощности основного агрегата) 200—400 квт, а давление газа на входе 8—15 кгс/см2. Отработанный газ после турбины выбрасывается в атмосферу.

Валоповороты служат для преодоления инерции агрегата, трения покоя перед пуском турбины и для прокачки воздуха, увели­ чивающего интенсивность охлаждения после остановки. Для привода валоповоротов используют асинхронные короткозамкнутые двига­ тели.

Для нормальной работы подшипников турбины и гидравлической системы регулирования масло должно иметь определенную вязкость,, а значит, и температуру. При длительных остановках турбины маслп имеет относительно низкую температуру и, следовательно, большую вязкость. Поэтому перед пуском турбины его подогревают. Во время нормальной работы масло помимо смазки трущихся деталей выпол­ няет и роль охлаждающего агента, т. е. отнимает тепло, образовав­ шееся во время трения. Поэтому его приходится охлаждать, так как выделение тепла от трущихся деталей весьма значительно. Подробное описание конструкции основных и вспомогательных агрегатов не дается, так как его можно найти в специальных рабо­ тах [6, 10, 27].

Ограничения, налагаемые на параметры газотурбинной установки п нагнетателя

Именно ограничения, которые налагаются на параметры газотур­ бинной установки, вызывают необходимость автоматического кон­ троля и управления. Рассмотрим несколько подробнее эти ограниче­ ния. На первое место поставим ограничение температуры газа перед ТВД, которое вызвано тем, что рабочее колесо и его лопаточный аппарат 1-й ступени работают в весьма напряженных режимах. Большая скорость вращения рабочего колеса (5000—5500 об/мин) и высокая температура рабочего тела (700—800° С), несмотря на охлаждение лопаток, приводят к тому, что даже относительно не­ большое повышение температуры газа перед ТВД может вызвать

15

разрушение лопаточного аппарата 1-й ступени. Это тяжелая авария для ГТУ. Значит, нужно управлять подачей топлива при изменении режимов таким образом, чтобы температура газа перед ТВД не превышала допустимой величины. Иначе говоря, подача топлива и производительность компрессора должны быть строго согласованы. Человеку трудно быстро и точно достичь такого согласования, но это может сделать соответствующий автомат.

При пусках приходится ограничивать не только температуру перед ТВД, но и скорость'ее нарастания. Если температура растет слишком быстро, то в рабочем колесе возникают не только механи­ ческие напряжения, обусловленные вращением, но и температурные, обусловленные разностью температур между ободом рабочего колеса и его ступицей. Суммарное действие этих напряжений также может вызвать разрушение рабочего колеса. И здесь требуется автомат, который бы поддерживал определенный градиент температур на рабочем колесе.

Ограничение нужно накладывать и на скорость вращения рабо­ чего колеса ТНД. При резком сбросе нагрузки скорость вращения ТНД быстро возрастает до очень больших величин, если не принять специальных мер. Резкое и значительное увеличение скорости может вызвать разрушение лопаточного аппарата. Чтобы этого не произошло, нужно быстро уменьшить количество подаваемого рабочего тела, что достигается отравлением его.в атмосферу. Это надо делать очень быстро. Столь ответственную операцию также поручают автомату, так как человек физически не может достаточно быстро ореагировать на повышение скорости. Кроме того, человеку свойственно ошибаться; вместо того чтобы уменьшать подачу топлива при аварийных ситуациях, он, сам того не замечая, может ее увели­ чивать. Такие случаи бывают в практике эксплуатации турбин.

Большое внимание уделяется контролю состояния отдельных ответственных узлов ГТУ, в частности подшипников. О состоянии подшипников судят по их температуре, причем здесь также накла­ дываются соответствующие ограничения (70—80° С). Точек контроля температуры много (20—80), причем повышение температуры в любой точке сверх допустимого рассматривается как авария, влекущая за собой остановку машины.

Кроме температуры подшипников контролируются давление масла на смазке, уплотнении, в системе регулирования и целый ряд других параметров. Естественно, что человеку трудно уследить одновременно за состоянием 50—60 параметров. Работу эту также поручают автоматам, которые непрерывно или периодически контро­ лируют параметры и сигнализируют о ненормальных отклонениях. Наконец, для отчетности нужно иметь непрерывную запись отдель­ ных показателей работы ГТУ, например температуры газа перед ТВД. Человек избавляется от этой однообразной и утомительной работы благодаря применению автоматических самописцев.

ГТУ предназначена для перекачки природного газа. В зависимо­ сти от характера потребителей давление перед нагнетателем и за

16