Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

Вследствие непреодолимых в настоящее время аппаратурных трудностей наиболее правильный пуск по параметру для газопере­ качивающих агрегатов практически не используется. На компрессор­ ных станциях, как отечественных, так и зарубежных, почти повсе­ местно применяют пооперационно-временной пуск.

Последовательность операций пуска п остановки, блокировочные связи в системах управления

Пооперационно-временной алгоритм управления газоперекачи­ вающими агрегатами существует в двух модификациях, которые обычно называют «пуск, на воздухе» и «пуск под давлением». Пуск на воздухе предусматривает выполнение операций по заполнению нагнетателя газом и по включению его в трассу газопровода лишь на' заключительном этапе пуска, после запуска агрегата и выведения его на холостой ход. При пуске под давлением группа операций, связанная с заполнением нагнетателя газом, выполняется на началь­ ной стадии пуска, до того как вал агрегата начнет вращаться и до эажигания факела в камере сгорания.

С точки зрения надежности пуск под давлением более предпочти­ телен, так как дает возможность перевести ряд операций в разряд подготовительных. Главное, конечно, заключается в том, что эти операции связаны с перестановкой кранов и, как правило, именно на них наиболее часто происходят сбои автоматического пуска. Не вдаваясь в существо вопроса, укажем, что в ряде случаев пуск под давлением оказывается более целесообразным и для снижения механических напряжений, главным образом вибрационных, возни­ кающих в деталях агрегата в процессе пуска. Однако указанные преимущества пуска под давлением стали ясны в полной мере лишь после накопления значительного эксплуатационного опыта.

На первых порах казалось наиболее важным обеспечить создание устойчивого масляного клина на колодках упорных подшипников нагнетателя, до того как полость нагнетателя заполнится газом и возникнут значительные осевые усилия. Главным образом по этой причине в первые годы эксплуатации компрессорных станций с газо­ турбинными нагнетателями пуск агрегатов осуществлялся исключи­ тельно на воздухе, без давления в полости нагнетателя. И лишь в последние годы, после соответствующих экспериментальных работ, все агрегаты были переведены на пуск под давлением.

Остановимся более подробно на операциях по перестановке кранов обвязки нагнетателя.

Д в а п о с л е д о в а т е л ь н о р а б о т а ю щ и х н а г н е ­ т а т е л я (рис. II.6, а). Перед пуском агрегата' открыты краны 3, 3-бис и 5, а краны 1, 2 и 4 закрыты. В процессе пуска первым откры­ вается кран 4 и через открытый кран 5 (свеча) продувается нагнета­ тель, чтобы вытеснить из его полости воздух. После продувки нагне­ тателя, контролируемой по длительности, кран 5 закрывается и по­ лость нагнетателя заполняется газом. Эта операция контролируется

43

Рис. II.6. Технологические схемы обвязки нагнетателей.

44

по величине перепада давления на кране 1 и считается выпол­ ненной, когда перепад становится меньше 1—3 кгс/см2. Достижение указанной величины перепада является разрешением на открытие кранов 1 и 2, после чего кран 4 закрывается. Кран 3, а вместе с ним кран 3-бис закрываются после вывода агрегата на режим, соответ­

по ходу газа, и независимо от состояния второго нагнетателя — работает он или нет. Что касается крана 6, то его положение перед пуском нагнетателя — открыт или закрыт — определяется поло­ жением, сложившимся до рассматриваемой ситуации. Предположим, что в группе последовательно работающих нагнетателей один агрегат по каким-либо причинам останавливается. Вследствие большой емкости газопровода давление на выходе группы в течение некоторого

когда оставшаяся в работе машина окажется не в состоянии под­ держивать такой перепад давления и попадет в помпажную зону.

Для предотвращения помпажа при остановке любой из машин группы подается команда на открытие группового байпасного крана 6, а также на открытие крана 3-бис оставшейся в работе ма­ шины и на снижение ее скорости вращения до минимальной уставки регулятора скорости. Кран 3-бис способствует лишь ускорению разгрузки агрегата, так как время его перестановки в несколько раз меньше, чем у крана 6. После открытия крана 6 и после снижения скорости вращения агрегата кран 3-бис закрывается. Если в даль­ нейшем требуется ввести резерв, а давление на выходе группы все еще велико, то пуск резервного агрегата можно осуществлять только при открытом кране 6. После пуска резервного агрегата и выведения обеих машин группы на режим, соответствующий существующему между выходом и входом группы перепаду давления, кран 6 может быть закрыт. Во всех остальных случаях кран 6 может быть закрыт до начала пуска агрегата.

Все сказанное'относительно крана 6 справедливо для изолирован­ ной нитки из двух (или трех) последовательно включенных нагнета­ телей. Если две или больше такие нитки соединяются параллельно (рис. II.6, б), то режим пуска для агрегатов во второй и последующих параллельных нитках будет таким же, как и при включении резерва

тателя и заполнение его газом через краны 4 и 5 аналогично тому, как это делается при последовательной работе машин. После вырав­ нивания давления до и после крана 1 открывают краны 1 и 6, созда­ вая пусковой контур для газа, перекачиваемого нагнетателем.

45

После выхода агрегата на режим, при котором давления до и после крана 2 равны, кран 2 открывается, а кран 6 закрывается.

Рассмотрим по операциям один из наиболее распространенных алгоритмов управления газотурбинным агрегатом компрессорной станции, имея при этом в виду, что все существующие алгоритмы весьма сходны между собой, а различия между ними носят частный, непринципиальный характер. Схема, поясняющая пуск агрегата, показана на рис. II.7. Автоматический пуск агрегата начинается

Рио. II.7. Технологическая обвязка газотурбинной установки.

ТД — турбодетендер; ОК — осевой компрессор; ВФ — воздуш­ ный фильтр; ТВД — турбина высокого давлешш; ТНД — тур­ бина низкого давления; Я — нагнетатель; Р — регенератор; КС — камера сгорания; СК — стопорный клапан; РК — регу­

лирующий клапан.

подачей командного импульса от пускового ключа или кнопки; импульс воспринимается и запоминается схемой управления, если агрегат готов к пуску. Под готовностью обычно понимается пра­ вильное исходное состояние всех кранов в обвязке турбины и нагне­ тателя, необходимая температура масла в маслобаке и готовность общестанционных устройств: кранов, энерго- и водоснабжения и т. д.

При благоприятном исходе проверки в схеме управления возни­ кает сигнал автоматического пуска (АП), который используется для подготовки к действию цепей управления отдельными механизмами агрегата. Подготовленные таким образом цепи управления вступают в действие в соответствии с заданной последовательностью по инфор­ мационным сигналам о состоянии управляемых ими механизмов или по командам времязадающего устройства. Сигнал АП в этом случае является общим для всех цепей управления и, возникнув ,

46

в начале пуска, сохраняется до его конца. Возможно построение схем с использованием поэтапных команд АП. При этом процесс пуска разбивается на ряд последовательных этапов, каждому из которых соответствует особый сигнал АП, возникающий после успешного завершения предыдущего этапа и сохраняющийся лишь в течение одного этапа. *

Разделение на этапы принципиальных изменений в порядок пуска не вносит и может оказаться предпочтительным из-за более легкого контроля за соблюдением заданной последовательности пуска. Обычно контроль процесса пуска осуществляется по времени, также поэтапно. Схема контроля оказывается более надежной и гибкой, если отсчет времени, необходимого для выполнения данного этапа, начинать в момент подачи команды на его выполнение, а не от начала пуска агрегата. Очевидно, что такого решения легче достичь при поэтапном пуске, легче осуществляется и сигнализация о месте сбоя при несостоявшемся пуске, причем место сбоя определяется тем точнее, чем на большее число этапов разбивается пуск. Очевидно, однако, что перечисленные преимущества поэтапного пуска дости­ гаются увеличением числа элементов схемы управления. 4

Рассмотрим последовательность пусковых операций. Первой операцией в процессе автоматического пуска агрегата является включение электродвигателей масляных насосов смазки и уплотне­ ния. В результате этого устанавливается необходимое давление в системах смазки и уплотнения и включается в действие защита агрегата по этим параметрам. Наличие давления в системе уплот­ нения и включение защиты по перепаду давления газ—масло служат командой для начала перестановки кранов в обвязке нагнетателя: открытие крана 4 для продувки нагнетателя в течение определенного времени; закрытие крана 5 и заполнение контура нагнетателя газом до выравнивания давления до и после крана І; открытие кранов 1

В соответствии с принятым алгоритмом каждая операция внутри группы выполняется после завершения предыдущей. В результате указанной группы операций формируется сигнал «Кран 1 открыт ц кран 4 закрыт», который служит командой на выполнение следу­ ющих: включение валоповоротного устройства (ВПУ) и ввод в за­ цепление пусковой турбины. Необходимым разрешающим условием является наличие давления масла смазки и включение защиты по маслу. Включение ВПУ и турбодетандера проверяется обычно по положению установленных на них конечных выключателей. Более целесообразно в результате выполнения этих операций форми­ ровать сигналы «Конечный выключатель нажат и вал вращается». Датчики тахометрического устройства должны быть установлены на валу осевого компрессора (для ВПУ) и на валу турбодетандера.

Вслед за включением ВПУ и вводом в зацепление муфты турбо­ детандера открывается кран 13, чем подготавливается возможность

47

открытия крана 11, закрытия крана 10 и подачи пускового газа в турбодетандер. Предварительно необходимо открыть стопорный клапан, чтобы подготовить тракт подачи топливного газа в камеру сгорания. Обычно процесс открытия стопорного клапана длится около 2 мин, поэтому команда на эту операцию подается сразу после установления необходимого давления масла смазки или после вклю­ чения защиты по маслу. Вслед за открытием стопорного клапана и крана 11 достаточно быстро возрастает скорость вращения осевого компрессора, зажигается топливо и поднимается температура на агрегате, поэтому перед открытием крана 11 открывают жалюзи воздухозаборного устройства, включают двигатели сеток фильтра в камере всасывания и двигатель вентилятора, отсасывающего воздух из-под обшивки агрегата. После открытия крана 11 и увели­ чения скорости вращения осевого компрессора ОК валоповоротное устройство выходит из зацепления и возвращается в исходное по­ ложение.

При возрастании давления в нагнетании ОК до установленной величины (~80 кгс/м2), проверяемой с помощью реле давления, подается команда на открытие крана 12 (закрытие крана 9) и вклю­ чение запального устройства для зажигания топлива в камере сгорания. В процессе зажигания сначала открывается кран 15, подающий газ на запальную форсунку, а затем кран 14 дежурной форсунки, проверяется наличие пламени, отключается запал и закрывается кран 15. Для более четкой фиксации прохождения операций зажигания предусматриваются выдержки 2—5 сек между включением запала, открытием крана 15, открытием крана 14 и отключением запала. Наличие пламени в .камере сгорания служит разрешением на открытие регулирующего клапана, чему в неко­ торых типах машин предшествует прогрев на факеле дежурной

с малой скоростью. Требуемое снижение скорости, однако, столь велико, что добиться его в существующих гидродинамических регуляторах не удается, и плавное движение двигателя регулятора скорости заменяют ступенчатым, с регулируемым соотношением между длительностью включающего сигнала и паузы. По мере возрастания скорости вращения агрегата происходит автоматическое закрытие кранов 11 и 13, открытие крана 10 и вывод муфты турбо­ детандера из зацепления. При соответствующей скорости враще­ ния ТНД вступает в действие регулятор скорости турбины (этот момент фиксируется по конечному выключателю ВКХХ на задатчике регулятора скорости или по сигналу тахометрического устройства), после чего движение задатчика прекращается.

Дальнейшие пусковые операции для агрегатов, включенных последовательно, сводятся к закрытию кранов 3 и 3-бис и устано­ влению рабочего режима, что осуществляется в настоящее время

вручную оператором. При параллельной работе агрегатов для

I

48