RU2476971C1

RU2476971C1 - Method to control gas turbine engine with free turbine for power plants of low and medium capacity

Info

Publication number: RU2476971C1
Application number: RU2011132243/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Бурдин; Виктор Александрович Гладких; Роальд Симонович Динабург
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Фирма "Газ-Система-Сервис"
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-27
Also published as: RU2011132243A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: used in automatic control systems (ACS) of gas turbine engines (GTE) with a free turbine, applied within gas turbine units (GTU) to drive power generators (PG) of gas turbine power plants (GTPP). When controlling a gas turbine engine with a free turbine for power plants of low and medium capacity, fuel flow into a combustion chamber is changed depending on mismatch between specified and measured values of free turbine shaft rotation frequency. Additionally, in case of disconnection of a power plant from a grid of unlimited capacity, the specified value of free turbine rotation frequency produced when picking up load in the grid of unlimited capacity is reset down to the rated value.

EFFECT: reliability improvement.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС) малой и средней мощности.The invention relates to the field of gas turbine engine building and can be used in electronic automatic control systems (ACS) of gas turbine engines (GTE) with a free turbine used in gas turbine units (GTU) to drive electric generators (EG) of gas turbine power plants (GTES) of small and medium power .

Известен способ ручного управления ГТД: Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем, Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34.A known method of manual control of a gas turbine engine: Konstantinov V.N. Systems of ship electric power systems, L .: Shipbuilding, 1972, p. 33-34.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электростанций малой и средней мощности, путем изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения вала свободной турбины, патент РФ №2374473.Closest to this invention in technical essence is a method of controlling a gas turbine engine with a free turbine for power plants of small and medium power, by changing the fuel consumption in the combustion chamber depending on the mismatch between the set and measured values of the shaft speed of the free turbine, RF patent No. 2374473.

Недостатком известных способов является большое время восстановления номинальной частоты вращения свободной турбины в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности. После окончания переходного процесса, связанного с уменьшением нагрузки, в течение длительного времени продолжается процесс, связанный с восстановлением номинального заданного значения частоты вращения свободной турбины. Это снижает надежность работы ГТЭС.A disadvantage of the known methods is the long recovery time of the nominal speed of a free turbine in case of disconnecting the power plant from the network of unlimited power. After the end of the transition process associated with the reduction of the load, the process associated with the restoration of the nominal setpoint frequency of rotation of a free turbine continues for a long time. This reduces the reliability of the GTES.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет уменьшения времени восстановления номинальной частоты вращения свободной турбины при отключении электростанции от сети неограниченной мощности.The aim of the invention is to increase the reliability of GTES by reducing the recovery time of the nominal speed of a free turbine when the power plant is disconnected from the network of unlimited power.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электрических станций малой и средней мощности путем изменения расхода топлива в камеру сгорания в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения вала свободной турбины, дополнительно в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности выполняют сброс заданного значения частоты вращения свободной турбины, полученного при наборе нагрузки в сети неограниченной мощности, до номинального значения.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a gas turbine engine with a free turbine for power plants of small and medium power by changing the fuel consumption in the combustion chamber depending on the mismatch between the set and measured values of the rotational speed of the shaft of the free turbine, additionally in case of disconnecting the power plant from the network of unlimited power perform a reset of the set value of the rotational speed of a free turbine obtained when a load is set in a network of unlimited power and, up to the nominal value.

На чертеже показана схема устройства, реализующего заявляемый способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для электрических станций малой и средней мощности. Устройство содержит задатчик 1 номинальной частоты вращения свободной турбины, последовательно соединенные интегратор 2 команд «Увеличить частоту», «Уменьшить частоту», ключ 3, сумматор 4, последовательно соединенные датчик 5 частоты вращения свободной турбины, блок 6 вычитания, регулятор 7, управляющий расходом топлива в газотурбинный двигатель 8, датчик 5 подключен к ротору двигателя 8, выход ключа 3 подключен к сумматору 4, на второй вход сумматора 4 подключен задатчик 1.The drawing shows a diagram of a device that implements the inventive method of controlling a gas turbine engine with a free turbine for power plants of small and medium power. The device comprises a setpoint 1 of the nominal speed of a free turbine, sequentially connected an integrator of 2 commands “Increase the frequency”, “Decrease the frequency”, a key 3, an adder 4, a series-connected sensor 5 of the speed of rotation of a free turbine, a subtraction unit 6, a regulator 7 controlling fuel consumption into the gas turbine engine 8, the sensor 5 is connected to the rotor of the engine 8, the output of the key 3 is connected to the adder 4, the setter 1 is connected to the second input of the adder 4.

Устройство работает следующим образом. До подключения электростанции к сети неограниченной мощности ключ 3 разомкнут, на блок вычитания 6 подается сигнал от задатчика 1 номинальной частоты вращения и сигнал от датчика 5 частоты вращения свободной турбины, регулятор топлива 7 изменяет расход топлива в газотурбинный двигатель 8, обеспечивая равенство частоты вращения свободной турбины ее номинальному значению при любом изменении автономной нагрузки электростанции.The device operates as follows. Prior to connecting the power plant to an unlimited power network, the key 3 is open, the subtraction unit 6 receives a signal from the setpoint generator 1 of the nominal speed and a signal from the speed sensor 5 of the free turbine, the fuel regulator 7 changes the fuel consumption in the gas turbine engine 8, ensuring equal rotation speed of the free turbine its nominal value at any change in the autonomous load of the power plant.

Перед подключением электростанции к сети неограниченной мощности ключ 3 замыкают и подачей команд «Увеличить частоту», «Уменьшить частоту» на интегратор 2 смещают в сумматоре 4 номинальное значение заданной частоты вращения свободной турбины, чтобы частота электростанции синхронизировалась с частотой сети. После включения электростанции в сеть командами «Увеличить частоту» через интегратор 2 снова смещают в сумматоре 4 номинальное значение заданной частоты вращения свободной турбины, теперь уже однозначно вверх, чтобы заданная частота свободной турбины превышала фактическую частоту вращения свободной турбины, которую удерживает сеть неограниченной мощности. Это делают до тех пор, пока мощность, отдаваемая в сеть неограниченной мощности, не достигнет желаемой величины. (Повышение заданного значения частоты вращения свободной турбины при постоянной частоте сети неограниченной мощности разворачивает вектор ЭДС электростанции относительно вектора напряжения сети, благодаря чему и набирается нагрузка).Before connecting the power plant to a network of unlimited power, the key 3 is closed and, by issuing the commands “Increase frequency”, “Decrease frequency”, the integrator 2 shifts the nominal value of the set speed of a free turbine in adder 4 so that the frequency of the power station is synchronized with the frequency of the network. After the power plant has been connected to the network by the “Increase Frequency” commands, through the integrator 2, the nominal value of the set speed of the free turbine is again shifted in adder 4, now it is unambiguously upward so that the set frequency of the free turbine exceeds the actual speed of the free turbine that the network of unlimited power holds. This is done until the power supplied to the network of unlimited power reaches the desired value. (An increase in the set value of the rotational speed of a free turbine at a constant network frequency of unlimited power deploys the EMF vector of the power plant relative to the network voltage vector, due to which the load is accumulated).

При отключении от сети неограниченной мощности следует разомкнуть ключ 3, и тогда заданное значение частоты вращения свободной турбины не будет смещенным относительно номинального значения, и свободная турбина, уже не удерживаемая сетью неограниченной мощности, после того как регулятор уменьшит расход топлива до величины, которая нужна для обеспечения автономной нагрузки, вернется к номинальной частоте вращения. Введение ключа 3, который будет размыкаться автоматически при отключении от сети неограниченной мощности, позволит обеспечить более быстрое снижение частоты вращения свободной турбины до номинальной, чем это может быть сделано подачей команд «Уменьшить частоту» на интегратор 2 от АСУ или от оператора.When disconnecting unlimited power from the network, open key 3, and then the set value of the speed of the free turbine will not be offset from the nominal value, and the free turbine, which is no longer held by the network of unlimited power, after the regulator reduces the fuel consumption to the value that is needed for providing autonomous load, will return to the nominal speed. The introduction of key 3, which will open automatically when disconnected from the network of unlimited power, will allow for a more rapid reduction in the speed of a free turbine to the nominal than can be done by issuing commands "Reduce frequency" to integrator 2 from the control system or from the operator.

Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ за счет того, что в случае отключения электростанции от сети неограниченной мощности выполняется сброс заданного значения частоты вращения свободной турбины, полученного при наборе нагрузки в сети неограниченной мощности по командам «Увеличить частоту» от АСУ или оператора, до номинального значения. Это повышает надежность работы ГТЭС.Thus, the quality of the ACS is improved due to the fact that in case of disconnecting the power plant from the unlimited power network, the set value of the free turbine rotation speed, obtained when the load in the unlimited power network is set by the “Increase frequency” commands from the ACS or the operator, is reset nominal value. This increases the reliability of the GTES.

Claims

A method of controlling a gas turbine engine with a free turbine for power plants of small and medium power by changing the fuel consumption in the combustion chamber depending on the mismatch between the set and measured values of the rotational speed of the shaft of the free turbine, characterized in that, in addition, if the power plant is disconnected from the network of unlimited power, resetting the set value of the frequency of rotation of a free turbine obtained during a set load in a network of unlimited power to the nominal values.