RU2239071C1

RU2239071C1 - Gas-turbine engine rotor speed automatic control system

Info

Publication number: RU2239071C1
Application number: RU2003119670A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Архипов (RU); Л.И. Архипов; Е.Н. Даркович (RU); Е.Н. Даркович; Ю.В. Дюбанов (RU); Ю.В. Дюбанов; П.А. Рыбин (RU); П.А. Рыбин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Невский завод"
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbocompressors.

SUBSTANCE: invention relates to rotor speed automatic control systems of turbine engines. In proposed system containing constant pressure main oil line, control valves with hydraulic servodrive and spool distributor with recirculating oil main line after distributor in which electrohydraulic converter and hydrodynamic speed regulator are placed, and automatic control system with turbine engine rotor speed pickups operated by commands of automatic control system, electrohydraulic converter and hydrodynamic speed regulator are provided with position pickups to provide synchronous tracing recirculating oil drain area in hydrodynamic speed regulator equal to regulated recirculating oil drain area in electrohydraulic converter. Selector spool is placed in recirculating oil main line between electrohydraulic converter and hydradynamic speed regulator to which constant pressure main oil line is additionally connected accommodating also quick-acting three-way valve operated by automatic control system to control operation of selector spool.

EFFECT: increased reliability of automatic control system of turbine engines, particularly, rotor speed control circuit of turbine engine with electrohydraulic converter.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области турбокомпрессоростроения, в частности к системам автоматического регулирования частоты вращения роторов турбинных двигателей.The present invention relates to the field of turbocompressor engineering, in particular to systems for automatically controlling the rotational speed of turbine engine rotors.

Известна система регулирования газотурбинного двигателя с линиями проточного воздуха, подведенными к гидродинамическому регулятору скорости, и золотниками переключающими, которые управляют стопорными и дежурными клапанами на подводе топливного газа и клапаном турбодетандера (см., например, книгу: К.А.Тельнов и др. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом, Л.: Недра, 1983 г., стр.19-27).A known control system for a gas turbine engine with flowing air lines connected to a hydrodynamic speed controller and switching spools that control stop and duty valves on the fuel gas supply and a turbo expander valve (see, for example, the book: K.A. Telnov and other Automation gas pumping units with a gas turbine drive, L .: Nedra, 1983, pp. 19-27).

Известна также система регулирования турбинного двигателя с гидродинамическим регулятором частоты вращения и электрогидравлическим преобразователем, через который в систему регулирования вводятся управляющие сигналы извне (из агрегатной системы автоматики) (см., например, книгу И.И. Кириллов. Автоматическое регулирование паровых турбин и газотурбинных установок, Л.: Машиностроение, 1988 г., стр.339-345) - прототип.Also known is a turbine engine control system with a hydrodynamic speed controller and an electro-hydraulic converter through which control signals are input from the outside (from an aggregate automation system) (see, for example, the book by II Kirillov. Automatic control of steam turbines and gas turbine units , L .: Engineering, 1988, pp. 339-345) - prototype.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности системы автоматического регулирования турбинных двигателей, в частности контура регулирования частоты вращения ротора турбинного двигателя с электрогидравлическим преобразователем.The objective of the invention is to increase the reliability of the automatic control system of turbine engines, in particular the speed control loop of a rotor of a turbine engine with an electro-hydraulic converter.

Для получения такого технического результата в системе, содержащей магистраль масла постоянного давления, регулирующие клапаны с гидравлическим сервоприводом и золотниковым распределителем с магистралью проточного масла после него, в которой размещены электрогидравлический преобразователь и гидродинамический регулятор скорости, и систему автоматики с датчиками частоты вращения ротора турбинного двигателя, управляемые по командам системы автоматики электрогидравлический преобразователь и гидродинамический регулятор скорости выполнены с датчиками положения с обеспечением возможности синхронного отслеживания в гидродинамическом регуляторе скорости площади слива проточного масла, равной регулируемой площади слива проточного масла в электрогидравлическом преобразователе, при этом в магистрали проточного масла между электрогидравлическим преобразователем и гидродинамическим регулятором скорости размещен переключающий золотник, к которому дополнительно подведена магистраль масла постоянного давления с размещением в ней управляющего переключающим золотником быстродействующего электромагнитного трехходового клапана, управляемого системой автоматики.To obtain such a technical result in a system containing a constant pressure oil line, control valves with a hydraulic actuator and a spool valve with a flow line after it, which contains an electro-hydraulic converter and a hydrodynamic speed controller, and an automation system with turbine engine rotor speed sensors, command-controlled automation systems electro-hydraulic converter and hydrodynamic speed controller in they are equipped with position sensors with the possibility of synchronous monitoring in the hydrodynamic speed controller of the flowing oil discharge area equal to the adjustable flowing oil drainage area in the electro-hydraulic converter, while in the flowing oil line between the electro-hydraulic converter and the hydrodynamic speed controller there is a switching slide valve, to which an additional supply line is connected constant pressure oil with the placement of the control switch gold in it a nickname of a high-speed electromagnetic three-way valve controlled by an automation system.

Заявляемая система автоматического регулирования частоты вращения ротора турбинного двигателя схематично представлена на чертеже.The inventive system of automatic control of the rotational speed of the rotor of a turbine engine is shown schematically in the drawing.

К золотниковому распределителю 1 подведена магистраль силового масла 2, которая после распределителя 1 подведена гидролиниями 3 и 4 в полости 5 и 6 соответственно сервомотора 7 регулирующих клапанов турбинного двигателя (на чертеже не показаны). В сформированной из магистрали масла постоянного давления в золотниковом распределителе 1 магистрали проточного масла 8 установлен золотник переключающий 9, в котором размещен отсечной золотник 10 с поясками 11 и 12, сверлением 13 и кольцевой проточкой 14. В золотнике переключающем 9 выполнены отверстие 15, к которому подведена магистраль 8, полости 16 и 17 под золотником 10 и над ним, а также сверление 18, соединенное гидролинией 19 проточного масла с полостью 20 под золотником 21 в электрогидравлическом преобразователе 22, и сверление 23, соединенное гидролинией 24 проточного масла с отверстиями 25 и 26 в гидродинамическом регуляторе скорости 27. На электрогидравлическом преобразователе 22 установлен датчик положения 28, на гидродинамическом регуляторе скорости 27 -датчик положения 29. В электрогидравлическом преобразователе 22 выполнено также отверстие 30 с возможностью слива через него проточного масла из полости 20.A power oil line 2 is connected to the spool distributor 1, which, after the distributor 1, is connected by hydraulic lines 3 and 4 in the cavities 5 and 6, respectively, of a servomotor 7 of the control valves of the turbine engine (not shown). In the spool pressure oil formed from the manifold, in the spool distributor 1 of the flowing oil manifold 8, a switching spool 9 is installed, in which a shut-off spool 10 with belts 11 and 12, drilling 13 and an annular groove 14 is placed. An opening 15 is made in the switching spool 9, to which is connected line 8, cavities 16 and 17 under the spool 10 and above it, as well as drilling 18 connected by a hydraulic oil line 19 with a cavity 20 under the spool 21 in the electro-hydraulic converter 22, and drilling 23, connected by a guide a line 24 of flowing oil with holes 25 and 26 in the hydrodynamic speed controller 27. A position sensor 28 is installed on the electro-hydraulic converter 22, a position sensor 29 is installed on the hydrodynamic speed controller 27. An opening 30 is also provided in the electro-hydraulic converter 22 with the possibility of draining the flowing oil from it cavity 20.

В гидродинамическом регуляторе скорости 27 выполнены также подпружиненный поршень 31 с золотником 32, подпружиненной подвижной буксой 33, полостью 34, отверстием 35, буксой 36.In the hydrodynamic speed controller 27, a spring-loaded piston 31 with a spool 32, a spring-loaded movable axle box 33, a cavity 34, an opening 35, an axle box 36 are also made.

К гидродинамическому регулятору скорости 27 подведены гидролиния 37 масла стопорного клапана, соединенная с этой гидролинией через дроссельную шайбу 38 гидролиния предельной защиты 39 и гидролиния 40 масла от главного масляного насоса (на чертеже не показан).The hydrodynamic speed controller 27 is connected to the hydraulic line 37 of the oil of the stop valve, connected to this hydraulic line through the throttle washer 38 of the hydraulic line of ultimate protection 39 and the hydraulic line 40 of the oil from the main oil pump (not shown in the drawing).

В магистрали масла постоянного давления перед золотником переключающим 9 установлен быстродействующий электромагнитный трехходовой клапан 41 (с электромагнитным приводом 42), один из выходов которого гидролинией 43 соединен с полостью 17 в золотнике переключающем 9, (другой выход клапана 41 соединен со сливом). Система автоматического регулирования частоты вращения ротора турбинного двигателя оснащена также системой автоматики 44 с датчиком частоты вращения 45.A high-speed electromagnetic three-way valve 41 (with an electromagnetic actuator 42) is installed in the line of constant pressure oil in front of the control valve 9 (one of the outlets of which is connected via a hydraulic line 43 to the cavity 17 in the control valve 9 (the other valve output 41 is connected to the drain). The automatic control system for the rotor speed of the turbine engine is also equipped with an automation system 44 with a speed sensor 45.

Работает система автоматического регулирования частоты вращения ротора турбинного двигателя следующим образом. При пуске и нормальной работе турбинного двигателя напряжение на электромагнитном приводе 42 отсутствует, клапан 41 при этом закрыт (то есть перекрывает доступ масла из магистрали масла постоянного давления в гидролинию 43, соединяя эту гидролинию со сливом). Проточное масло из магистрали 8 через отверстие 15 поступает в полость 16 и своим давлением удерживает отсечной золотник 10 в золотнике переключающем 9 в верхнем положении. При этом отверстие 23 нижним пояском 11 перекрыто, а отверстие 18 верхним пояском 12 открыто. Таким образом, при закрытом положении клапана 41 гидролиния 19 и полость 20 в электрогидравлическом преобразователе 22 через отверстие 18, кольцевую проточку 14, сверление 13, полость 16 и сверление 15 соединены с магистралью 8 проточного масла. Команды из системы автоматики 44 на основании сигналов датчика частоты вращения 45 поступают на электрогидравлический преобразователь 22, который, управляя посредством перемещения поршня 21 сливом проточного масла из полости 20 через отверстие 30, изменяет или поддерживает неизменной величину давления масла в гидролинии 19 и магистрали 8, а значит, и частоту вращения ротора турбинного двигателя. (При изменении давления в магистрали проточного масла 8 в сторону увеличения или уменьшения золотниковый распределитель 1 перепускает масло из магистрали 2 по гидролинии 4 в полость 6 сервомотора 7 на закрытие регулирующих клапанов или по гидролинии 3 в полость 5 сервомотора 7 на открытие регулирующих клапанов).A system for automatically controlling the rotor speed of a turbine engine operates as follows. During the start-up and normal operation of the turbine engine, the voltage on the electromagnetic actuator 42 is absent, the valve 41 is closed (that is, it blocks the access of oil from the constant pressure oil line to the hydraulic line 43, connecting this hydraulic line to the drain). Flowing oil from the line 8 through the hole 15 enters the cavity 16 and with its pressure holds the shut-off valve 10 in the valve switching 9 in the upper position. In this case, the hole 23 of the lower girdle 11 is closed, and the hole 18 of the upper girdle 12 is open. Thus, when the valve 41 is closed, the hydraulic line 19 and the cavity 20 in the electro-hydraulic converter 22 through the hole 18, the annular groove 14, the drilling 13, the cavity 16 and the drilling 15 are connected to the flowing oil line 8. The commands from the automation system 44, based on the signals of the speed sensor 45, are supplied to the electro-hydraulic converter 22, which, by controlling the displacement of the piston 21 by the discharge of flowing oil from the cavity 20 through the hole 30, changes or maintains the value of the oil pressure in the hydraulic line 19 and line 8, and hence, the rotational speed of the turbine engine rotor. (When the pressure in the flowing oil line 8 increases or decreases, the spool valve 1 passes the oil from the line 2 through the hydraulic line 4 into the cavity 6 of the servomotor 7 to close the control valves or through the hydraulic line 3 to the cavity 5 of the servomotor 7 to open the control valves).

Гидродинамический регулятор скорости 27 находится при этом в дежурном режиме. По сигналам установленного на электрогидравлическом преобразователе 22 датчика положения 28 о положении поршня 21, открывающего или закрывающего отверстие 30, через которое происходит слив проточного масла из полости 20, система автоматики 44 выдает с учетом сигналов датчика положения 29 команды гидродинамическому регулятору скорости 27 на перемещение буксы 33, которая открывает в отверстии 35 для возможности слива проточного масла из полости 34 сливное сечение, равное открытому сливному сечению отверстия 30 в электрогидравлическом преобразователе 22. Так как связь гидролинии 24 с магистралью 8 при этом отсутствует (отверстие 23 в золотнике переключающем 9 перекрыто нижним пояском 11 золотника 10), то и никакого влияния на положение регулирующих клапанов турбинного двигателя гидродинамический регулятор скорости 27 в этом (дежурном) режиме не оказывает, а только отслеживает положение электрогидравлического преобразователя 22.The hydrodynamic speed controller 27 is in standby mode. According to the signals of the position sensor 28 installed on the electro-hydraulic converter 22 about the position of the piston 21 opening or closing the hole 30 through which the flowing oil is drained from the cavity 20, the automation system 44, taking into account the signals of the position sensor 29, instructs the hydrodynamic speed controller 27 to move the axle box 33 which opens in the hole 35 for the possibility of draining the flowing oil from the cavity 34 drain section equal to the open drain section of the hole 30 in the electro-hydraulic conversion barely 22. Since there is no connection between the hydraulic line 24 and the line 8 (the hole 23 in the spool switch 9 is closed by the lower belt 11 of the spool 10), there is no influence on the position of the control valves of the turbine engine hydrodynamic speed controller 27 in this (standby) mode renders, but only tracks the position of the electro-hydraulic Converter 22.

В случае отказа по какой-либо причине электрогидравлического преобразователя 22 на электромагнитный привод 42 из системы автоматики 44 поступает команда на открытие клапана 41 и масло из магистрали постоянного давления по гидролинии 43, поступит в полость 17 над золотником 10, отожмет его вниз, верхний поясок 12 золотника 10 перекроет отверстие 18 и проточное масло из магистрали 8 не будет поступать в гидролинию 19 и полость 20 электрогидравлического преобразователя 22. При этом одновременно пояском 11 открывается отверстие 23 и проточное масло из магистрали 8 через отверстие 15, полость 16, сверление 13, проточку 14 и отверстие 23 поступит в гидролинию 24 к гидродинамическому регулятору скорости 27, который и начинает поддерживать давление в гидролинии 24 и магистрали проточного масла 8, управляя посредством этого положением регулирующих клапанов, а значит, и частотой вращения ротора турбинного двигателя. Гидродинамический регулятор скорости 27 при этом работает следующим образом: масло от главного масляного насоса, установленного на роторе турбинного двигателя поступает по гидролинии 40 в полость над поршнем 31 гидродинамического регулятора скорости 27. Давление за главным масляным насосом, установленным на роторе турбинного двигателя, прямо пропорционально частоте вращения этого ротора. В зависимости от давления масла за главным масляным насосом поршень 31 перемещается и золотник 32 своим пояском открывает или закрывает слив проточного масла через отверстие 35 из полости 34. Гидролинии 37, 39, дроссельная шайба 38, букса 36 и отверстие 26 для слива проточного масла необходимы и работают только при срабатывании какой-то из предельных защиты системы автоматического регулирования турбинного двигателя.In the event of a failure of the electro-hydraulic converter 22 for some reason, the electromagnetic drive 42 from the automation system 44 receives a command to open the valve 41 and oil from the constant pressure line through the hydraulic line 43, enters the cavity 17 above the spool 10, presses it down, the upper belt 12 the spool 10 will block the hole 18 and the flowing oil from the line 8 will not flow into the hydraulic line 19 and the cavity 20 of the electro-hydraulic converter 22. At the same time, the opening 23 opens the hole 23 and the flowing oil from the magi pass 8 through the hole 15, cavity 16, drilling 13, the groove 14 and the hole 23 will enter the hydraulic line 24 to the hydrodynamic speed controller 27, which begins to maintain pressure in the hydraulic line 24 and the flow line of the oil 8, thereby controlling the position of the control valves, and therefore , and the rotational speed of the turbine engine rotor. In this case, the hydrodynamic speed controller 27 works as follows: the oil from the main oil pump mounted on the rotor of the turbine engine enters through the hydraulic line 40 into the cavity above the piston 31 of the hydrodynamic speed controller 27. The pressure behind the main oil pump mounted on the rotor of the turbine engine is directly proportional to the frequency rotation of this rotor. Depending on the oil pressure behind the main oil pump, the piston 31 moves and the spool 32 opens or closes the drain of the flowing oil through the hole 35 from the cavity 34 with its belt. The hydraulic lines 37, 39, the throttle washer 38, the axle box 36 and the hole 26 for draining the flowing oil are necessary and only work when any of the limiting protection systems of the automatic regulation of the turbine engine are triggered.

Claims

A system for automatically controlling the rotor speed of a turbine engine, comprising a constant pressure oil line, control valves with a hydraulic actuator and a spool valve with a flow of oil after it, which contains an electro-hydraulic converter and a hydrodynamic regulator, and an automation system with turbine engine rotor speed sensors, characterized in that the command-controlled automation systems electro-hydraulic converter and the hydrodynamic speed controller are made with position sensors with the possibility of synchronous monitoring in the hydrodynamic speed controller of the flowing oil drain area equal to the adjustable flow area of the flowing oil in the electro-hydraulic converter, while a switching valve is placed in the flowing oil line between the electro-hydraulic converter and the hydrodynamic speed controller, to which is additionally supplied with a constant pressure oil line with I eat it controls the switching spool high-speed electromagnetic three-way valve controlled by automation system.