SU748021A1 - Устройство дл автоматического регулировани паровой турбины при пуске - Google Patents

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к переходным, преимущественно пусковым режимам паровых турбин тепловых и атомных электростанций и автоматизации управления ими.

В ряде случаев при автоматизации пусков паровых турбин оказывается целесообразно использовать программы управления, построенные по временному принципу. Иногда такое решение оказывается вынужденным из-за отсутствия средств контроля за текущим термонапряженным состоянием наи- 1 более термонапряженных «критических» элементов конструкции, например роторов.

Известно устройство для автоматического регулирования турбины при пуске путем изменения регулируемого параметра увели- ’ чением . уставки исполнительного регулятора со скоростью, задаваемой во временной программе как функция текущего значения уставки исполнительного регулятора. Реализуемые этим устройством вре- _г менные программы при непрерывном процессе повышения параметра могут быть приближены к теоретически оптимальным [1].

Недостатком такого устройства является то, что в случаях вынужденных приостановок программы, например для переключений в тепловой схеме или подключения вспомогательного оборудования, последую₅ шее повышение параметра по той же программе, что и до приостановки процесса, оказывается неоптимально, поскольку при этом не учитывается прогрев «критических» элементов и снижение нестационарных температурных напряжений в них во время О приостановки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для автоматического регулирования паровой турбины при пуске, ⁵ содержащее программный задатчик скорости изменения регулируемого параметра, подсоединенный через ключ приостановки программы и интегратор к одному из входов регулятора, к другому входу которого О подсоединен датчик регулируемого .параметра, а к выходу — исполнительный орган, последовательно соединенные задатчик добавочной скорости изменения параметра, первый размыкатель, связанный с ключом при4 остановки программы, динамический преобразователь и второй размыкатель с коммутирующим блоком, причем выход интегратора подключен к входу задатчика добавочной скорости. Это устройство обеспечивает улучшение процесса пуска после вынужденных приостановок выполнения программы из-за наложения на программную скорость добавочной скорости, снижающейся во времени по экспоненциальной зависимости, при этом начальная величина добавочной скорости после завершения приостановки программы увеличивается также по экспоненциальной зависимости от длительности приостановки [2].

Недостатком этого устройства является неполное использование возможностей ускорения пуска после завершения приостановки, поскольку скорость изменения регулируемого. параметра после возобновления процесса его повышения заведомо ниже предельно допустимой. *

Целью изобретения является ускорение процесса пуска после вынужденных остановок.

Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены задатчик предельной скорости изменения параметра и логический блок, соединенный входами с динамическим преобразователем и интегратором, а выходом — с коммутирующим блоком, причем второй размыкатель включен между программным задатчиком и ключом приостановки программы и соединен своим входом с задатчиком предельной скорости, а вход динамического преобразователя дополнительно связан с выходом интегратора. Кроме того, динамический преобразователь, включающий последовательно соединенные и охваченные отрицательной обратной связью сумматор и интегратор, дополнительно содержит параллельно включенные третий и четвертый размыкатель, установленные между сумматором и интегратором и связанные соответственно с вторым размыкателем и ключом приостановки программы. Динамический преобразователь может быть выполнен также в виде последовательно включенных апериодического звена, сумматора, пятого размыкателя, связанного с ключом приостановки программы, и элемента памяти, причем вход этого сумматора связан с выходами задатчика добавочной скорости и интегратора.

При правильном построении и реализации временной программы изменения регулируемого параметра нестационарные температурные напряжения и разности температур в «критическом» элементе конструкции, лимитирующие скорость переходных процессов, поддерживаются на уровне, близком к предельно допустимому. В случаеприостановки программы с поддерживанием постоянного значения регулируемого параметра нестационарные температурные на пряжения и разности температур снижаются по закону, близкому к экспоненциальному, с постоянной времени прогрева «критического» элемента. Это дает основания при возобновлении переходного процесса осуществить изменение регулируемого параметра с предельной· скоростью на величину

ΔΡ = Α(1—е‘^т*Г), где Τ’—постоянная времени прогрева критического элемента,

X—длительность приостанова программы,

А — предельная величина допустимого изменения параметра, при которой изменение условий прогрева «критического» элемента вызывает предельно допустимое изменение показателя его состояния. Величина А в общем случае является функцией нескольких переменных: значения регулируемого параметра, других параметров работы объекта, уровня температур металла «критического» элемента и т. д. Для ряда случаев величина А может быть определена как нелинейная функция регулируемого параметра.

При быстром, с предельной скоростью повышении параметра на величину ΔΡ разности температур в «критическом» элементе конструкции достигают своего предельно допустимого значения и при дальнейшем повышении параметра программным задатчиком поддерживаются на этом уровне. Тем самым достигается ускорение процесса пуска после вынужденных остановок программы.

На фиг. 1 и 2 показаны принципиальные схемы двух возможных модификаций устройства.

Паровая турбина 1 оснащена программным задатчиком 2 скорости изменения регулируемого параметра, подсоединенным через ключ приостановки программы 3 и интегратор 4 к одному из входов регулятора 5, к другому входу которого подключен датчик 6 регулируемого параметра, например нагрузки турбины. К выходу регулятора 5 подключен исполнительный орган 7, например механизм управления регулирующими клапанами турбины. Программный задатчик 2 в приведенных схемах выполнен в виде функционального (преимущественно линейного) преобразователя сигнала на выходе интегратора 4, являющегося задатчиком исполнительного регулятора 5. Устройство содержит также последовательно включенные задатчик 8, связанный с ключом 3, первый размыкатель 9, динамический преобразователь 10 и второй размыкатель 11 с коммутирующим блоком 12. В схему дополнительно введены задатчик предельной скорости изменения регулируемого параметра 13 и логический блок 14, соединенный входами с выходами динами ческого преобразователя 10 и интегратора 4, а выходом — с коммутирующим блоком 12 второго размыкателя 11. Кроме того, динамический преобразователь 10 дополнительно связан с выходом интегратора 4. В предлагаемом устройстве элемент 8 является задатчиком величины Айв приведенных схемах выполнен в виде функционального (преимущественно линейного) преобразователя сигнала на выходе интегратора 4. Второй размыкатель 11 выполняет функции переключателя задатчиков 2и 13, программной и предельной скоростей нагружения соответственно и включен перед ключом 3 приостановки программы.

В варианте схемы, представленной на фиг. 1, динамический преобразователь 10 содержит последовательно соединенные и охваченные отрицательной обратной связью сумматор 15 интегратор 16, между которыми параллельно установлены третий и четвертый размыкатели 17 и 18, связанные с вторым размыкателем (переключателем) 11 и ключом 3 соответственно. В варианте схемы, представленном на фиг. 2, динамический преобразователь 10 выполнен в виде последовательно включенных апериодического звена 19, сумматора 20, связанного с ключом 3 пятого размыкателя 21, и элемента памяти 22, причем вход сумматора 21 дополнительно подключен к выходам задатчика 8 и интегратора 4.

В схеме фиг. 1 динамический преобразователь 10 содержит также связанный с ключом 3 переключатель 23 настройки интегратора 16.

Устройство работает следующим образом.

•При выполнении программы ключ 3 замкнут и ко входу интегратора 4 вторым размыкателем (переключателем) 11 подключен программный задатчик 2. При этом размыкателем 9 задатчик 8 отключен от входа динамического преобразователя 10 и в схеме фиг. 2 размыкателем 21 элемент памяти 22 отключен от сумматора 20. В схеме фиг. 1 вход интегратора 16 отключается от выхода сумматора 15 размыкателем 11? при замкнутом положении ключа 3 и размыкателем 17 при положении переключателя 11, замкнутом на задатчик 13. В результате сигнал на входе логического элемента 14 с выхода динамического преобразователя 10 оказывается меньше увеличивающегося сигнала с выхода интегратора 4, являющегося задатчиком регулятора 5, осуществляющего повышение параметра (нагрузки) турбины I. Вынужденный приостанов программы осуществляется путем размыкания ключа 3 по команде оператора или автоматизированной системы логического управления (на схемах не показана). При этом задатчик 8 размыкателем 9 подключается к входу динамического преобразователя 10. Внутри самого динамического преобразователя 10 размыкатель 18 соединяет выход сумматора 15 со входом интегратора 16 в схеме фиг. 1 или размыкатель' 21 соединяет выход сумматора 20 с элементом памяти 22 в схеме фиг. 2. В результате сигнал на выходе динамического преобразователя 10 возрастает по экспоненциальному закону от уровня параметра в момент остановки программы на величину ΔΡ. Так как этот сигнал на выходе преобразователя 10 больше постоянного (при разомкнутом ключе 3) сигнала на выходе интегратора 4, логический преобразователь через коммутирующее устройство 12 переключает второй размыкатель 11 на задатчик 13 предельной скорости повышения параметра. При замыкании ключа 3 (повторном включении программы) за счет размыкания соответствующих размыкателей 9, 18 и 21 между выходом задатчика. 8 и входом преобразователя 10, а также внутри самого преобразователя 10 сигнал на выходе преобразователя 10 остается неизменным (запоминается) на уровне, существовавшем в момент замыкания ключа 3. Это обеспечивает повышение параметра с предельной скоростью, задаваемой задатчиком 13, до уровня на выходе преобразователя 10. При достижении этого уровня логический элемент 14 через коммутирующее устройство 12. снова воздействует на переключатель 11, подключая к интегратору 4 задатчик 2. В схеме фиг. 1 при этом интегратор 16 ключом 17 подключается к выходу сумматора и сигнал на выходе интегратора 16 отслеживает текущее значение параметра с

- некоторым запаздыванием относительно изменения задания на выходе интегратора 4. что обеспечивается изменением параметров настройки преобразователя 10 с помощью переключателя 23.

Изобретение находит применение в автоматизированных системах управления паровых турбин при отсутствии средств контроля за текущим термонапряженным состоянием «критических» элементов конструкции и необходимости в связи с этим использовать чисто временные программы.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к теплоэнергетике , а именно к переходным, преимущественно пусковым режимам паровых турбин тепловых и атомных электростанций и автоматизации управлени  ими. В р де случаев при автоматизации пусков паровых турбин оказываетс  целесообразно использовать программы управлени , построенные по временному принципу. Иногда такое решение оказываетс  вынужденным из-за отсутстви  средств контрол  за текущим термонапр женным состо нием майболее термонапр женных «критических элементов конструкции, например роторов. Известно устройство дл  автоматического регулировани  турбины при пуске путем изменени  регулируемого параметра увеличением . уставки исполнительного регул тора со скоростью, задаваемой во временной программе как функци  текущего значени  уставки исполнительного регул тора . Реализуемые этим устройством временные программы при непрерывном процессе повышени  параметра могут быть приближены к теоретически оптимальным 1. Недостатком такого устройства  вл етс  то, что в случа х вынужденных приостановок программы, иапример дл  переключений в тепловой схеме или подключени  вспомогательного оборудовани , последующее повышение параметра по той же программе , что и до приостановки процесса, оказываетс  неоптимально, поскольку при этом не учитываетс  прогрев «критичрских элементов и снижение иестационарных температурных напр жений в них во врем  приостановки. Наибол.ее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  устройство дл  автоматического регулировани  паровой турбины при пуске, содержащее программный задатчик скорости изменени  регулируемого параметра, подсоединенный через ключ приостановки программы и интегратор к одному из входов регул тора, к другому входу которого подсоединен датчик регулируемого.параметра , а к выходу - исполнительный орган, последовательно соединенные задатчик добавочной скорости изменени  параметра, первый размыкатель, св занный с ключом приостановки программы, динамический преобразователь и второй размыкатель с коммутирующим блоком, причем выход интегратора подключен к входу задатчика добавочной скорости. Это устройство обеспечивает улучшение процесса пуска после вынужденных приостановок выполнени  программы из-за наложени  на программную скорость добавочной скорости, снижающейс  во времени по экспоненциальной зависимости , при этом начальна  величина добавочной скорости после завершени  приостановки программы увеличиваетс  также по экспоненциальной зависимости от длительности приостановки 2. Недостатком этого устройства  вл етс  неполное использование возможностей ускорени  пуска после завершени  приостановки , поскольку скорость изменени  регулируемого , параметра после возобновлени  процесса его повышени  заведомо ниже предельно допустимой. Целью изобретени   вл етс  ускорение процесса пуска после вынужденных остановок . Цель достигаетс  тем, что в устройство дополнительно введены задатчик предельной скорости изменени  параметра и логическии блок, соединенный входами с динамическим преобразователем н интегратором, а выходом - с коммутирующим блоком, причем второй размыкатель включен между программным задатчиком и ключом приостановки программы и соедин ен своим входом с задатчиком предельной скорости, а вход динамического преобразовател  дополнительно св зан с выходом интегратора . Кроме того, динамический преобразователь , включающий последовательно соединенные и охваченные отрицательной обратной св зью сумматор и интегратор, дополнительно содержит параллельно включенные третий и четвертый размыкатель, установленные между сумматором и интегратором и св занные соответственно с вторым размыкателем и ключом приостановки программы . Динамический преобразователь может быть выполнен также в виде последовательно включенных апериодического звена , сумматора, п того размыкател , св занного с ключом приостановки программы, и элемента пам ти, причем вход этого сумматора св зан с выходами задатчика добавочной скорости и интегратора. При правильном построении и реализации временной программы изменени  регулируемого параметра нестационарные температурные напр жени  и разности температур в «критическом элементе конструкции , лимитирующие скорость переходных процессов, поддерживаютс  на уровне, близком к предельно допустимому. В случае приостановки программы с поддерживанием посто нного значени  регулируемого параме а нестационарные температурные напр жени  и разности температур снижакзтс  по закону, близкому к экспоненциальному, с посто нной времени прогрева «критического элемента. Это дает основани  при возобновлении переходного процесса осуществить изменение регулируемого параметра с предельной- скоростью на величину др А(), где Т -посто нна  времени прогрева критического элемента, t - длительность приостанова программы , А - предельна  величина допустимого изменени  параметра, при которой изменение условий прогрева «критического элемента вызывает предельно допустимое изменение показател  его состо ни . Величина А в общем случае  вл етс  функцией нескольких переменных: значени  регулируемого параметра, других параметров работы объекта, уровн  температур металла «критического элемента и т. д. Дл  р да случаев величина А может быть определена как нелинейна  функци  регулируемого параметра. „ При быстром, с предельной скоростью повышёниТ па7амет на вёличинул Рраз„O TH температур в «критическом элементе конструкции достигают своего предельно допустимого значени  н при дальнейшем повышении параметра программным задат o поддерживаютс  на этом уровне. Тем амым достигаетс  ускорение процесса пуска после вынужденных остановок программы, ,, . , п показаны принципиальные . двух возможных модификации устроиства . Парова  турбина 1 оснащена программным задатчиком 2 скорости изменени  регулируемого параметра, подсоединенным через ключ приостановки программы 3 и интегратор 4 к одному из входов регул тора 5, к другому входу которого подключен датчик 6 регулируемого параметра, например нагрузки турбины. К выходу регул тора 5 подключен исполнительный орган 7, например механизм управлени  регулируюшими клапанами турбины. Программный задатчик 2 в приведенных схемах выполнен в виде функционального (преимущественно линейного) преобразовател  сигнала навыходе интегратора 4,  вл ющегос  задатчиком исполнительного регул тора 5. Устройство содержит также последователько включенные задатчик 8, св занный с ключом 3, первый размыкатель 9, динамический преобразователь 10 и второй размыкатель 11 с коммутирующим блоком 12. В схему дополнительно введены задатчик предельной скорости изменени  регулируемого параметра 13 и логический блок 14, соединенный входами с выходами динамического преобразовател  10 и интегратора 4, а выходом - с коммутирующим блоком 12 второго размыкател  II. Кроме того , динамический преобразователь 10 дополнительно св зан с выходом интегратора 4. В предлагаемом устройстве элемент 8  вл етс  задатчиком величины Айв приведенных схемах выполнен в виде функционального (преимущественно линейного) преобразовател  сигнала на выходе ннтегратора 4. Второй размыкатель 11 выполн ет функции переключател  задатчиков 2 и 13, программной и предельной скоростей нагружени  соответственно и включен перед ключом 3 приостановки программы. В варианте схемы, представленной на фиг. 1, динамический преобразователь 10 содержит последовательно соединенные и охваченные отрицательной обратной св зью сумматор 15 интегратор 16, между которыми параллельно установлены третий и четвертый размыкатели 17 и 18, св занные с вторым размыкателем (переключателем) 11 и ключом 3 соответственно. В варианте схемы, представленном на фиг. 2, динамический преобразователь 10 выполнен в виде последовательно включенных апериодического звена 19, сумматора 20, св занного с ключом 3 п того размыкател  21, и элемента пам ти 22, причем вход сумматора 21 дополнительно подключен к выходам задатчика 8 и интегратора 4. В схеме фиг. 1 динамический преобразователь 10 содержит также св занный с ключом 3 переключатель 23 настройки интегратора 16. Устройство работает следующим обраПри выполнении программы ключ 3 замкнут и ко входу интегратора 4 вторым размыкателем (переключателем) 11 подключен программный задатчик 2. При этом размыкателем 9 задатчик 8 отключен от входа динамического преобразовател  10 и в схеме фиг. 2 размыкателем 21 элемент пам ти 22 отключен от сумматора 20. В схеме фиг. 1 вход интегратора 16 отключаетс  от выхода сумматора 15 размыкателем 1 при замкнутом положении ключа 3 и размыкателем 17 при положении переключател  И, замкнутом на задатчик 13. В результате сигнал на входе логического элемента 14 с выхода динамического преобразовател  10 оказываетс  меньше увеличивающегос  сигнала с выхода интегратора 4,  вл ющегос  задатчиком регул тора 5, осуществл ющего повышение параметра (нагрузки ) турбины 1. Вынужденный приостанов программы осуществл етс  путем размыкани  ключа 3 по команде оператора или автоматизированной системы логического управлени  (на схемах не показана). При . этом задатчик 8 размыкателем 9 подключаетс  к входу динамического преобразобател  10. Внутри самого динамического преобразовател  10 размыкатель 18 соедин ет выход сумматора 15 со входом интегратора 16 в схеме фиг. I или размыкатель 21 соедин ет выход сумматора 20 с элементом пам ти 22 в схеме фкг. 2. В результате сигнал на выходе динамического преобразовател  10 возрастает по экспоненциальному закону от уровн  параметра в момент остановки программы на величину Л Р. Так как этот сигнал на выходе преобразовател  10 больше посто нного (при разомкнутом ключе 3) сигнала на выходе интегратора 4, логический преобразователь 14 через коммутирующее устройство 12 переключает вторО;й размыкатель 11 на задатчик 13 предельной скорости повышени  параметра. При замыкании ключа 3 (повторном включении программы) за счет размыкани  соответствующих размыкателей 9, 18 и 21 между выходом задатчика 8 и входом преобразовател  10, а также внутри самого преобразовател  Ю сигнал на выходе преобразовател  10 остаетс  неизменным (запоминаетс ) на уровне, существовавшем в момент замыкани  ключа 3. Это обеспечивает повышение параметра с предельной скоростью, задаваемой задатчиком 3, до уровн  на выходе преобразовател  10. При достижении этого уровн  логический элемент 14 через коммутирующее устройство 12. снова воздействует на переключатель И, подключа  к интегратору 4 задатчик 2. В схеме .фиг. 1 при этом интегратор 16 ключом 17 подключаетс  к выходу сумматора 15 и сигнал .на выходе интегратора 16 отслеживает текущее значение параметра с некоторым запаздыванием относительно изменени  задани  на выходе интегратора 4. что обеспечиваетс  изменением параметров настройки преобразовател  10 с помощью переключател  23. Изобретение находит применение в автоматизированных системах управлени  паровых турбин при отсутствии средств контрол  за текущим термоналр женным соето нием «критических элементов конструкции и необходимости в св зи с этим использовать чисто временные программы. Формула изобретени  1. Устройство дл  автоматического регулировани  паровой турбины при пуске, содержащее программный задатчик скорости изменени  регулируемого параметра, подсоединенный через ключ приостановки программы и интегратор к одному из входов регул тора, к другому входу которого подсоединен датчик регулируемого параметра. а к выходу - исполнительный орган, последовательно соединенные задатчик добавочной скорости изменени  параметра, первый размыкатель, св занный с ключом приоста 7 новки программы, динамический преобразователь и второй размыкатель с коммутирующим блоком, причем выход интегратора подключен к входу задатчика добавочной скорости, отличающеес  тем, что, с целью ускорени  процесса пуска после вынужденных остановок программы, в устройство ДOJ полнительно введены задатчик предельной скорости изменени  параметра и логический блок, соединенный входами с динамическим преобразователем и интегратором, а выходом - с коммутирующим блоком, причем второй размыкатель включен между программным задатчиком и ключом приостановки программы и соединен своим входом с задатчиком предельной скорости, а вход динамического преобразовател  дополнительно св зан с выходом интегратора . 2. Устройство по п. I, Отличающеес  тем, что динамический преобразователь, включающий последовательно соединенные 748 и охваченные отрицательной обратной св зью сумматор и интегратор, дополнительно содержит параллельно включенные третий и четвертый размыкатели, установленные между сумматором и интегратором и св занные соответственно с вторым размыкателем и ключом приостановки программы.3 . Устройство по -п. 1, отличающеес  тем, что динамический преобразователь выполнен в виде последовательно включенных аппериодического звена, сумматора, п того размыкател , св занного с ключом приостановки программы, и элемента пам ти, причем вход этого сумматора св зан с выходами задатчика добавочной скорости и интегратора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР № 613131, кл. F01 D 19/02, 1976.
2. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2634311, кл. F01 D 19/02, 26.06.78.