RU2431046C1

RU2431046C1 - Three-channel protection system of turbine unit

Info

Publication number: RU2431046C1
Application number: RU2010107065/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Новосёлов (RU); Владимир Борисович Новосёлов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-10-10

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: protection system of turbine unit includes gear wheel, three protection channels each of which includes rotation frequency transmitter and protection signal shaper, test signal source and switch of alternative connection of test signal to one of the protection channels, three-channel block of electromagnetic protection slide valves. Each electromagnetic slide valve includes solenoid valve and hydraulic slide valve. At that, inlet of each solenoid valve is connected to outlet of the appropriate shaper of protection signal; outlet of each solenoid valve is connected to inlet of hydraulic slide valve, and outlets of hydraulic slide valves form common outlet of block of electromagnetic protection slide valves as per logic voting scheme "2 of 3", which is connected to protection line of turbine unit and drain line of working fluid to the tank. Common outlet of block of electromagnetic slide valves is also connected to supply line of working fluid from power pump. ^ EFFECT: improving quality and operating reliability of protection system at failure of any one protection channel. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации процесса защиты турбомашин от недопустимого повышения частоты вращения ротора.The invention relates to a power system and can be used to automate the process of protecting turbomachines from an unacceptable increase in the rotor speed.

Известна многоканальная система защиты турбоагрегата, каждый канал которой содержит датчик частоты вращения и формирователь сигнала защиты, источник тестового сигнала и переключатель поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты, а также логическую схему голосования подключения выходов каналов защиты к электромагнитному исполнительному золотнику [А.С. СССР 1257246, кл. A01D 21/02. Многоканальная система защиты агрегата].A multi-channel protection system of a turbine unit is known, each channel of which contains a speed sensor and a shaper of a protection signal, a source of a test signal and a switch for alternately connecting a test signal to one of the protection channels, as well as a voting logic for connecting the outputs of the protection channels to an electromagnetic actuating valve [A.S. . USSR 1257246, class A01D 21/02. Multichannel unit protection system].

Недостатком известной системы защиты является пониженная надежность при отказе или ложном срабатывании электромагнитного исполнительного золотника защиты, а также невозможность его проверки при тестировании без останова турбоагрегата.A disadvantage of the known protection system is reduced reliability in case of failure or false operation of the electromagnetic actuating spool of protection, as well as the impossibility of checking it when testing without stopping the turbine unit.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является трехканальная система защиты турбоагрегата, содержащая зубчатое колесо, три каналов 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; трехканальный блок электромагнитных золотников защиты, каждый электромагнитный золотник которого содержит по дроссельной шайбе, соленоидному клапану и гидравлическому золотнику; при этом вход каждого соленоидного клапана соединен с выходом соответствующего формирователя сигнала защиты, выход каждого соленоидного клапана соединен с входом гидравлического золотника, а выходы гидравлических золотников совместно формируют общий выход блока электромагнитных золотников защиты по логической схеме голосования «2 из 3», соединенный с линией защиты турбоагрегата и линией слива рабочей жидкости в бак. [Патент РФ 2272153, кл. F01D 21/02. Система защиты турбоагрегата].The closest technical solution to the proposed invention is a three-channel protection system of a turbine unit, comprising a gear, three protection channels, each of which includes a speed sensor and a shaper of a protection signal; a test signal source and a switch for alternately connecting a test signal to one of the protection channels; a three-channel block of electromagnetic protection spools, each electromagnetic spool of which contains a throttle washer, a solenoid valve and a hydraulic spool; at the same time, the input of each solenoid valve is connected to the output of the corresponding shaper of the protection signal, the output of each solenoid valve is connected to the input of the hydraulic spool, and the outputs of the hydraulic spools together form a common output of the block of electromagnetic spools of protection according to the “2 out of 3” voting logic, connected to the protection line turbine unit and a line for draining the working fluid into the tank. [RF patent 2272153, cl. F01D 21/02. Turbine Unit Protection System].

Недостатками известной трехканальной системы защиты являются пониженные надежность и качество работы. Известно, что в представленной системе защиты рабочая жидкость в линию защиты подводится через дроссельную шайбу из линии подвода рабочей жидкости от силового насоса. При срабатывании защиты давление рабочей жидкости в линии защиты снижается до значения, определяемого балансом подвода рабочей жидкости в линию защиты через указанную дроссельную шайбу и слива ее через блок электромагнитных золотников защиты. При штатной работе, когда все три золотника блока электромагнитных золотников срабатывают (опускаются на нижние упоры), слив рабочей жидкости из линии защиты турбоагрегата происходит параллельно по трем линиям, что приводит с максимальному снижению давления в линии защиты турбоагрегата до уровня, при котором автозатвор закрывает стопорный клапан турбоагрегата и, соответственно, доступ пара в турбоагрегат. При отказе одного из каналов блока электромагнитных золотников (срабатывают только два любых золотника) слив рабочей жидкости через блок электромагнитных клапанов защиты происходит только по одной из трех линий, что приводит к повышенному остаточному давлению в линии защиты турбоагрегата по сравнению со штатной работой и может приводить к неполному закрытию стопорного клапана турбоагрегата. Указанное обстоятельство снижает надежность и качество работы системы защиты турбоагрегата в целом и может послужить причиной возникновения аварии турбоагрегата.The disadvantages of the known three-channel protection system are reduced reliability and quality of work. It is known that in the presented protection system, the working fluid is supplied to the protection line through the throttle washer from the working fluid supply line from the power pump. When the protection is activated, the pressure of the working fluid in the protection line decreases to a value determined by the balance of the supply of working fluid to the protection line through the specified throttle washer and draining it through the block of electromagnetic protection spools. During normal operation, when all three spools of the electromagnetic spool block are triggered (lower to the lower stops), the working fluid is drained from the turbine unit protection line in parallel along three lines, which leads to a maximum pressure drop in the turbine unit protection line to the level at which the shutter closes the stop valve turbine unit valve and, accordingly, steam access to the turbine unit. If one of the channels of the electromagnetic spool block fails (only two of any spools work), the working fluid is drained through the block of electromagnetic protection valves only along one of three lines, which leads to an increased residual pressure in the protection line of the turbine unit compared to standard operation and can lead to incomplete closure of the shut-off valve of the turbine unit. This circumstance reduces the reliability and quality of the protection system of the turbine unit as a whole and can cause a turbine unit accident.

Предлагаемая трехканальная система защиты турбоагрегата позволяет обеспечить максимально возможное снижение давления рабочей жидкости в линии защиты (до нулевого значения) как при штатной работе (работают все каналы системы защиты), так и при отказе одного из каналов (работают любые два канала). Для этого общий выход блока электромагнитных золотников дополнительно соединен с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса.The proposed three-channel protection system of the turbine unit allows to provide the maximum possible reduction of the working fluid pressure in the protection line (to zero) both during normal operation (all channels of the protection system work) and in case of failure of one of the channels (any two channels work). For this, the general output of the electromagnetic spool block is additionally connected to the supply line of the working fluid from the power pump.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой трехканальной системы защиты турбоагрегата от разгона, на фиг.2 представлен один из возможных вариантов конструктивного исполнения блока электромагнитных золотников защиты для реализации логической схемы голосования «2 из 3».Figure 1 presents the structural diagram of the proposed three-channel system for protecting the turbine unit against acceleration, figure 2 presents one of the possible options for the design of the block of electromagnetic spools of protection for the implementation of the logical voting scheme "2 of 3".

Система защиты, изображенная на фиг.1, содержит зубчатое колесо 8, три канала 1, 2, 3 защиты, каждый из которых включает в себя датчик 1.1, 2.1, 3.1 частоты вращения и формирователь 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты; источник тестового сигнала 7 и переключатель 6 поочередного подключения тестового сигнала к одному из каналов защиты, а также блок электромагнитных золотников защиты 4 (БЭМЗЗ), имеющий в своем составе три электромагнитных золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3. Каждый электромагнитный золотник защиты содержит соленоидный клапан (4.1.1, 4.2.1, 4.3.1) и гидравлический золотник (4.1.2, 4.2.2, 4.3.2) соответственно, причем вход каждого соленоидного клапана соединен с выходом соответствующего формирователя сигнала защиты, вход каждого гидравлического золотника соединен с выходом соответствующего соленоидного клапана, а выходы всех гидравлических золотников совместно (конструктивно) образуют общий выход 5-5 БЭМЗЗ по схеме голосования «2 из 3», соединенный с линией защиты турбоагрегата, линией слива рабочей жидкости в бак и линией подвода рабочей жидкости от силового насоса.The protection system shown in figure 1, contains a gear wheel 8, three protection channels 1, 2, 3, each of which includes a speed sensor 1.1, 2.1, 3.1 and a protection signal generator 1.2, 2.2, 3.2; the source of the test signal 7 and the switch 6 of alternately connecting the test signal to one of the protection channels, as well as the block of electromagnetic protection spools 4 (BEMZZ), which includes three electromagnetic protection spools 4.1, 4.2, 4.3. Each electromagnetic protection spool contains a solenoid valve (4.1.1, 4.2.1, 4.3.1) and a hydraulic spool (4.1.2, 4.2.2, 4.3.2), respectively, with the input of each solenoid valve connected to the output of the corresponding protection signal generator , the input of each hydraulic spool is connected to the output of the corresponding solenoid valve, and the outputs of all hydraulic spools together (constructively) form a common output 5-5 of the BEMZZ according to the “2 of 3” voting scheme, connected to the protection line of the turbine unit, and the drain line the tank and the line for supplying working fluid from the power pump.

БЭМЗЗ, изображенный на фиг.2, содержит три электромагнитных золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3., каждый из которых содержит по дроссельной шайбе Ш, соленоидному клапану 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 и гидравлическому золотнику 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно. Гидравлические золотники 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 выполнены дифференциальными, их верхние камеры 15 соединены непосредственно с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса для управления золотниками. Нижние (импульсные) камеры 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соединены с линией подвода рабочей жидкости от силового насоса через дроссельные шайбы Ш соответственно. Импульсные камеры 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соединены также с соленоидными клапанами 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 соответственно. Входы соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 соединены с выходами формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты. Общим выходом БЭМЗЗ является канал 5-5 подвода рабочей жидкости в линию защиты турбоагрегата и слива рабочей жидкости из линии защиты в бак. Внутри БЭМЗЗ канал 5-5 состоит из трех каналов 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 подвода рабочей жидкости от насоса в линию защиты и трех каналов 12-12-12-12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 слива рабочей жидкости из линии защиты в бак, причем во взведенном (верхнем) положении золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 все три канала 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 открыты (рабочая жидкость в каждом из каналов 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 проходит по открытым внутренним расточкам двух золотников, третий золотник обводится наружной кольцевой расточкой), а каждый из каналов 12-12-12-12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 закрыт отсекающими поясками двух из трех золотников (канал 12-12-12-12 поясками золотников 4.2.2, 4.3.2; канал 13-13-13-13 поясками золотников 4.1.2, 4.3.2; канал 14-14-14-14 поясками золотников 4.1.2, 4.2.2), третий золотник в каждом из сливных каналов обводится наружной кольцевой расточкой.BEMZZ, shown in figure 2, contains three electromagnetic protection spools 4.1, 4.2, 4.3., Each of which contains a throttle washer Ш, a solenoid valve 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 and a hydraulic spool 4.1.2, 4.2 .2, 4.3.2 respectively. The hydraulic spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 are made differential, their upper chambers 15 are connected directly to the supply line of the working fluid from the power pump to control the spools. The lower (pulse) chambers 16 of the hydraulic spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 are connected to the supply line of the working fluid from the power pump through the throttle washers W, respectively. Impulse chambers 16 of hydraulic spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 are also connected to solenoid valves 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1, respectively. The inputs of the solenoid valves 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 are connected to the outputs of the drivers 1.2, 2.2, 3.2 of the protection signal. The general output of the BEMZZ is channel 5-5 for supplying the working fluid to the line of protection of the turbine unit and draining the working fluid from the line of protection to the tank. Inside the BEMZZ channel 5-5 consists of three channels 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 for supplying the working fluid from the pump to the protection line and three channels 12-12-12- 12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 draining the working fluid from the protection line into the tank, and in the cocked (upper) position of the spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 all three channels 9- 9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11-11 are open (working fluid in each of the channels 9-9-9-9, 10-10-10-10, 11-11-11 -11 passes through the open inner bores of two spools, the third spool is encircled by an external annular bore), and each of the channels 12-12-12-12, 13-13-13-13, 14-14-14-14 is closed by the cutting belts of the two x of three spools (channel 12-12-12-12 with spools 4.2.2, 4.3.2; channel 13-13-13-13 with spools 4.1.2, 4.3.2; channel 14-14-14-14 with spools spools 4.1.2, 4.2.2), the third spool in each of the drain channels is surrounded by an outer ring bore.

Система, изображенная на фиг.1, работает следующим образом. При вращении зубчатого колеса 8 (фиг.1) датчики частоты вращения 1.1, 2.1, 3.1 воспринимают сигнал текущего значения частоты вращения путем считывания последовательности зубцов и впадин зубчатого колеса 8. Сигналы по частоте вращения поступают на входы формирователей сигнала защиты 1.2, 2.2, 3.2. При частоте вращения, не превышающей установленного граничного значения на выходах формирователей сигнала защиты 1.2, 2.2, 3.2, не вырабатывается дискретный сигнал защиты, при этом электромагнитные золотники защиты 4.1, 4.2, 4.3 находятся в рабочем (взведенном) состоянии, в котором их общий выход 5-5 соединяет линию подвода рабочей жидкости от силового насоса с линией защиты турбоагрегата и отсекает линию защиты турбоагрегата от линии слива рабочей жидкости в маслобак. При частоте вращения, превышающей установленное граничное значение, на выходах формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты вырабатываются дискретные сигналы защиты, которые поступают на входы электромагнитных золотников защиты 4.1, 4.2, 4.3, а именно на входы соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.2, 4.3.1 соответственно. Сигналы с выходов соленоидных клапанов 4.1.1, 4.2.2, 4.3.1 поступают на входы гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно, которые при этом перемещаются из рабочего положения в сработанное. При этом общий выход 5 электромагнитных золотников защиты 4.1, 4.2, 4.3 отсекает линию подвода рабочей жидкости от силового насоса от линии защиты турбоагрегата и соединяет линию защиты турбоагрегата с линией слива рабочей жидкости в бак.The system depicted in figure 1, operates as follows. When the rotation of the gear wheel 8 (Fig.1), the speed sensors 1.1, 2.1, 3.1 perceive the signal of the current value of the speed of rotation by reading the sequence of teeth and valleys of the gear 8. The speed signals are sent to the inputs of the shapers of the protection signal 1.2, 2.2, 3.2. When the rotation speed does not exceed the set limit value at the outputs of the shapers of the protection signal 1.2, 2.2, 3.2, a discrete protection signal is not generated, while the electromagnetic protection spools 4.1, 4.2, 4.3 are in the operating (charged) state, in which their total output 5 -5 connects the line for supplying the working fluid from the power pump to the line of protection of the turbine unit and cuts off the line of protection of the turbine unit from the line for draining the working fluid into the oil tank. At a speed exceeding the set limit value, discrete protection signals are generated at the outputs of the shapers 1.2, 2.2, 3.2 of the protection signal, which are fed to the inputs of the electromagnetic protection spools 4.1, 4.2, 4.3, namely the inputs of the solenoid valves 4.1.1, 4.2.2 , 4.3.1, respectively. The signals from the outputs of the solenoid valves 4.1.1, 4.2.2, 4.3.1 are fed to the inputs of the hydraulic spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2, respectively, which at the same time move from the operating position to the actuated. In this case, the total output of 5 electromagnetic protection spools 4.1, 4.2, 4.3 cuts off the line for supplying the working fluid from the power pump from the line of protection of the turbine unit and connects the line of protection of the turbine unit with the line for draining the working fluid into the tank.

БЭМЗЗ, изображенный на фиг.2, работает следующим образом. При подаче на соленоидные клапаны 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 сигналов от формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигналов защиты соответственно соленоидные клапаны 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 открывают слив масла из импульсных камер 16 гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 соответственно. Давление масла в импульсных камерах 16 падает, что приводит к перемещению гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 на нижние упоры под действием давления масла в камерах 15. Для срабатывания защиты достаточно перемещения на нижние упоры любых двух гидравлических золотников 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 из трех, в этом случае общий выход БЭМЗЗ (канал 5-5) отсекает линию подвода рабочей жидкости от линии защиты турбины и соединяет линию защиты турбоагрегата с линией слива рабочей жидкости в бак. Давление рабочей жидкости в линии защиты падает до нуля. При этом в соответствие с общепринятыми правилами проектирования систем защиты турбоагрегатов закрываются все стопорные и защитные клапаны турбины (не показаны) и турбоагрегат останавливается. Срабатывание одного электромагнитного золотника защиты 4.1, 4.2, 4.3 из трех в результате появления сигнала защиты на выходе одного из формирователей 1.2, 2.2, 3.2 сигнала защиты не приводит к останову турбоагрегата.BEMZZ depicted in figure 2, works as follows. When applying to the solenoid valves 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 signals from the drivers 1.2, 2.2, 3.2 of the protection signals, respectively, the solenoid valves 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 open the oil drain from the pulse chambers of 16 hydraulic spools 4.1 .2, 4.2.2, 4.3.2 respectively. The oil pressure in the pulse chambers 16 drops, which leads to the movement of the hydraulic spools 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2 to the lower stops under the influence of the oil pressure in the chambers 15. To operate the protection, it is enough to move the lower stops of any two hydraulic spools 4.1. 2, 4.2.2, 4.3.2 out of three, in this case the general output of the BEMZZ (channel 5-5) cuts off the line for supplying the working fluid from the line of protection of the turbine and connects the line of protection of the turbine unit with the line for draining the working fluid into the tank. The pressure of the working fluid in the protection line drops to zero. At the same time, in accordance with generally accepted rules for the design of protection systems for turbine units, all shut-off and protective valves of the turbine (not shown) are closed and the turbine unit stops. The operation of one electromagnetic protection spool 4.1, 4.2, 4.3 out of three as a result of the appearance of a protection signal at the output of one of the shapers 1.2, 2.2, 3.2 of the protection signal does not stop the turbine unit.

Такая конструкция БЭМЗЗ позволяет обеспечить надежную работу системы защиты в целом при появлении в любом из каналов (в любом его элементе) ложного сигнала срабатывания защиты. Это позволяет также осуществлять периодическое опробование любого из трех каналов на работающем турбоагрегате без его останова. Для этого соединяют источник тестового сигнала 7 через переключатель 6 с датчиком соответствующего канала, что приводит к срабатыванию всех элементов канала, включая и соответствующий электромагнитный золотник защиты, но не приводит к останову турбоагрегата. Таким образом может быть осуществлено последовательное опробование всех трех каналов защиты.This design of the BEMZZ makes it possible to ensure reliable operation of the protection system as a whole when a false protection signal appears in any of the channels (in any of its elements). It also allows periodic testing of any of the three channels at a working turbine unit without stopping it. To do this, connect the source of the test signal 7 through the switch 6 with the sensor of the corresponding channel, which leads to the operation of all channel elements, including the corresponding electromagnetic protection spool, but does not stop the turbine unit. In this way, all three protection channels can be sequentially tested.

Полное прекращение подвода рабочей жидкости в линию защиты турбоагрегата от силового насоса происходит как при штатной работе БЭМЗЗ (сработали все три канала), так и при отказе любого одного канала (любого одного элемента в канале, в результате которого один из гидравлических золотников не срабатывает): два других гидравлических золотника перекрывают подвод рабочей жидкости от насоса в линию защиты турбоагрегата и они же соединяют линию защиты турбоагрегата со сливом в бак. Тем самым повышаются качество и надежность работы системы защиты турбоагрегата в целом.A complete cessation of the supply of working fluid to the line of protection of the turbine unit from the power pump occurs both during normal operation of the BEMZZ (all three channels worked) and in case of failure of any one channel (any one element in the channel, as a result of which one of the hydraulic spools does not work): two other hydraulic spools block the fluid supply from the pump to the turbine protection line and they connect the turbine protection line to the tank. This improves the quality and reliability of the protection system of the turbine unit as a whole.

Claims

Three-channel system of protection of the turbine unit against acceleration, containing a gear, three protection channels, each of which includes a speed sensor and a shaper of the protection signal, a test signal source and a switch for alternately connecting the test signal to one of the protection channels, a three-channel block of electromagnetic protection spools, each electromagnetic spool of which contains a solenoid valve and a hydraulic spool; at the same time, the input of each solenoid valve is connected to the output of the corresponding shaper of the protection signal, the output of each solenoid valve is connected to the input of the hydraulic spool, and the outputs of the hydraulic spools together form a common output of the block of electromagnetic spools of protection according to the “2 out of 3” voting logic connected to the protection line turbine unit and a line for draining the working fluid into the tank, characterized in that, to improve the quality and reliability of the protection system, the overall output of the electromagnetic unit block otnikov further connected to a line for supplying working fluid from the power pump.