Устройство для электрогидравлической системы управления паровой турбиной

1 Настоящее изобретение, главным образом,имеет отношение к созданию устройства для повышения работоспособности электрогидравлической системы управления паровой турбиной, чтобы позволит производить отключение турбины. Более конкретно, в соответствии с настоящим изобретением используют электродвигательные электромеханические исполнительные устройства и вспомогательное оборудование для достижения более точной модуляции регулирующего затвора с повышенной чувствительностью, чем в случае обычно используемых электромагнитных электромеханических исполнительных устройств. Более того, в том случае, когда электродвигательное исполнительное устройство соединено с дополнительным поршнем и работает в сочетании с управляющим клапаном, то комбинированный эффект дает возможность обеспечить механическое размыкание (расцепление) для отключения турбины по запросу (по требованию) в ходе полного прерывания (отключения) энергоснабжения. Известные в настоящее время электрогидравлические системы управления паровой турбиной, главным образом, оборудованы электромагнитными электромеханическими исполнительными устройствами, которые приводят в движение управляющие клапаны гидравлических исполнительных устройств регулирующего затвора. Однако электромагнитные исполнительное устройства имеют некоторые присущие им недостатки, а именно: их усилие перемещения обычно зависит от величины (амплитуды) сигнала управления;oни не могут работать при отсутствии сигналов управления;oни непроизвольно переключают регулирующий затвор в закрытое состояние при кратковременном провале напряжения. С другой стороны, электродвигательные электромеханические исполнительное устройства редко используют в системах управления для паровых турбин, несмотря на то, что они способны обеспечить полное усилие перемещения вне зависимости от величины сигнала управления; кроме того, они остаются в своем последнем положении, существовавшем до кратковременного или полного отключения электроэнергии. Недостатком электродвигательных исполнительных устройств является то,что они сами не способны произвести размыкающее действие для отключения турбины по запросу в ходе полного прерывания энергоснабжения в отличие от электромагнитных исполнительных устройств, которые по своей природе являются защищенными от отказа. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков известных устройств за счет повышения работоспособности электрогидравлической системы управления паровой турбиной в том, что касается размы 003111 2 кающего действия для отключения турбины в ходе полного прерывания энергоснабжения. Указанная задача решена за счет замены обычно используемых электромагнитных электромеханических исполнительных устройств на электродвигательные исполнительные устройства, которые позволяют полностью устранить недостатки электромагнитных блоков. Однако недостатком электродвигательных исполнительных устройств является то, что при перерыве подачи электроэнергии они самостоятельно не могут обеспечить размыкание для отключения турбины по запросу. Однако указанный недостаток может быть устранен за счет установки дополнительного поршня. Указанный дополнительный поршень, который работает в качестве дополнительного элемента, соединен со штоком электродвигательного исполнительного устройства и установлен между штоком и клапаном управления исполнительного устройства регулирующего затвора. Поверхностная зона (площадь поверхности) поршня нагружена давлением масла из линии размыкания, которое также создает нагрузку на первую поверхностную зону клапана управления для создания первого усилия; более того, вторая поверхностная зона клапана управления нагружена давлением масла из линии после насоса для создания второго усилия, противоположного первому усилию, в результате чего получают разностное усилие, которое перемещает клапан управления в направлении дополнительного поршня. При снижении давления в линии размыкания приложенное к клапану управления первое усилие становится равным нулю, в то время как второе усилие перемещает клапан управления в направлении удаления от дополнительного поршня (независимо от положения электродвигательного исполнительного устройства), при этом создается реакция (сигнал) размыкания, позволяющая закрывать регулирующий затвор. Одновременно может быть осуществлена модуляция клиновой задвижки. При нормальных рабочих условиях результирующее усилие (которое включает в себя первое и второе усилия, воздействующие на клапан управления, и усилие, воздействующее на дополнительный поршень) равно нулю и не создает нагрузки от давления масла на электродвигательное исполнительное устройство. Все исполнительные устройства (общее число которых не меньше двух, с учетом исполнительных устройств регулирующего затвора и клиновой задвижки) гидравлической части системы управления подключены к масляной линии размыкания, давление в которой регулируется при помощи трех электромагнитных (соленоидных) дренажных задвижек, управляемых при помощи мажоритарной схемы два из трех. Такое решение позволяет создать возможность отключения турбины по запросу в 3 течение периода потери мощности или превышения скорости. На фиг. 1 показана система управления паровой турбиной с элементами мажоритарной схемы два из трех. На фиг. 2 показан вид в разрезе блока клапана управления, который содержит дополнительный поршень и управляющий клапан. На фиг. 1 показана система управления паровой турбиной, в которой свежий пар протекает через клиновую задвижку 101 и регулирующий затвор 103, а затем через турбину 105 (приводящую в движение электрический генератор 107), после чего пар поступает в конденсатор 109. Клиновая задвижка 101 и регулирующий затвор 103 модулированы при помощи первого и второго гидравлических исполнительных устройств 111, 113, имеющих соответствующие блоки клапанов управления 115, 117, которые, в свою очередь, приводятся в действие при помощи первого и второго электродвигательных электромеханических исполнительных устройств 119, 121. Турбина снабжена четырьмя датчиками скорости (ST 1-4) 123, 125, 127, 129. Датчики ST 1-3 соединены с входами трех электронных устройств размыкания при превышении скорости(EOT 1-3) 131, 133, 135; датчик ST 4 129 и датчик положения регулирующего затвора 137 оба соединены с входом контроллера индикации скорости (SIC) 139, который непосредственно соединен с вторым электродвигательным исполнительным устройством 121. Аналогично датчик положения клиновой задвижки 141 соединен с входом логического контроллера (LC) 143, который соединен с первым электродвигательным исполнительным устройством 119. Устройства EOT 1-3 соединены с входами трех реле (трех мажоритарных элементов два из трех) 145, 147, 149, которые при подаче питания приводят в действие три соленоидных дренажных задвижки 151, 153, 155, каждая из которых содержит комплект из двух подключенных к источнику питания катушек. В течение всего времени работы турбины все соленоидные катушки находятся под напряжением,однако, для удержания соответствующей дренажной задвижки в закрытом положении требуется только одна катушка из комплекта. Турбина имеет также масляный бак 157 и насос 159, который подает масло к двум блокам клапанов управления 115, 117 по линии после насоса 161, а также по линии размыкания 163 через отверстие 165. На фиг. 2 показан вид в разрезе второго блока клапана управления 117, который переключает второе гидравлическое исполнительное устройство 113 (см. фиг. 1). В указанной сборке клапан управления 201 регулирует два потока масла: (1) поток над поршнем исполнительного устройства 113 регулирующего затвора и (2) 4 поток под поршнем указанного исполнительного устройства. Площадь поверхности А 1 снизу клапана управления нагружена давлением масла (рTL) из линии размыкания 163; вторая площадь поверхности А 2 сверху клапана управления нагружена давлением масла (рAL) из линии после насоса 161. В результате указанного нагружения клапана управления за счет приложения давления получают разностное усилие [AF=(pTLA1)-(рALА 2)=F1-F2],которое смещает клапан управления 201 вверх и прижимает его к дополнительному поршню 203,соединенному со штоком второго электродвигательного исполнительного устройства 121. Площадь поверхности А 3 дополнительного поршня также нагружается давлением (рTL) из линии размыкания 163, за счет чего получают усилие F2=рTLА 3=F; таким образом, в установившемся состоянии результат от приложения всех сил равен нулю и к штоку 121 электродвигательного исполнительного устройства не прикладывается никакого результирующего усилия. Первый блок клапана управления 115, который взаимодействует с первым электродвигательным исполнительным устройством 119 и с его дополнительным поршнем, имеет аналогичную конструкцию и работает аналогично второму блоку клапана управления 117. Далее описана полная работа предложенной системы управления турбиной под нагрузкой. В этом случае контроллер индикации скорости (SIC) 139 инициирует модуляцию регулирующего затвора 103 при помощи второго электродвигательного исполнительного устройства 121 для поддержания мощности турбины, необходимой для сохранения скорости вращения,измеряемой четырьмя датчиками скорости (ST 4) 129. Положение регулирующего затвора 103 измеряется при помощи датчика положения 137. При запуске и при нормальном отключении первое гидравлическое исполнительное устройство 111 (управляемое при помощи логического контроллера 143) открывается и закрывает клиновую задвижку 101 при помощи электродвигательного исполнительного устройства 119. При работе устройства контроллер SIC 139 так управляет вторым электродвигательным исполнительным устройством 121, что приводятся в движение дополнительный поршень 203 и клапан управления 201. Поэтому при возрастании скорости вращения электродвигательное исполнительное устройство 121 перемещает дополнительный поршень и клапан управления вниз для начала последовательности закрывания регулирующего затвора 103; эта последовательность является инверсной при снижении скорости вращения. В установившемся состоянии клапан управления перекрывает каналы масла(как это показано на фиг. 2), которые соединяют поршень исполнительного устройств 113 регулирующего затвора с линией после насоса 161 и со смежной дренажной линией, в результате 5 чего регулирующий затвор 103 удерживается в требуемом положении. В случае отказа второго электродвигательного исполнительного устройства 121 клапан управления 201 и поршень исполнительного устройств 113 регулирующего затвора будут оставаться в их соответствующих положениях,существовавших ранее отказа исполнительного устройства; при нахождении в таком состоянии турбина будет продолжать выдавать мощность,равную той, которая была до отказа, по меньшей мере, в течение короткого промежутка времени. Но в случае сброса нагрузки 107 в течение этого промежутка времени отказа исполнительного устройства скорость турбины достигнет значения уставки электронных устройств размыкания при превышении скорости (EOT). Если это происходит, то устройства EOT 1-3 131, 133,135 осуществляют свою собственную обработку скорости выше нормы. Каждое из устройств EOT управляет соответствующим встроенным реле размыкания таким образом, что при выполнении условия размыкания на реле 145, 147, 149 подаются дискретные сигналы, при этом контакты реле размыкаются. В результате напряжение с соленоидов 151, 153, 155 снимается, соответствующие дренажные задвижки открываются и давление в линии размыкания 163 снижается. Следовательно, так как давление (рTL) от линии размыкания на поверхности А 1 клапана управления уменьшается, то клапан управления (нагруженный давлением рAL от линии после насоса на поверхности А 2) перемещается вниз и инициирует закрывание регулирующего затвора 103. Одновременно приложенное к поверхности A3 дополнительного поршня 203 давление рTL от линии размыкания уменьшается, при этом нагрузка на шток 121 электродвигательного исполнительного устройства снижается. В то же самое время и при помощи такого же самого метода первое гидравлическое исполнительное устройство 111 закрывает клиновую задвижку 101,даже если ее электродвигательное исполнительное устройство 119 и является полностью исправным. В этом сценарии отказа устройства EOT 1-3 131, 133, 135 работают совместно как единый блок для реализации начала отключения турбины, если существует превышение скорости. За счет наличия мажоритарности любые два из трех устройств EOT могут вызвать открывание, по меньшей мере, одной соленоидной дренажной задвижки; даже в этом случае с обеих катушек любой дренажной задвижки должно быть снято электропитание для завершения процесса открывания указанной задвижки. Кроме того, при отказе одного устройства EOT не будет происходить отключение турбины по причине наличия двух катушек, совместно с выходными конфигурациями трех реле 145, 147,149, за счет чего обеспечено, что соответст 003111 6 вующая соленоидная дренажная задвижка остается закрытой или может быть открыта по требованию. Такие же самые характеристики безопасности применимы к случаю дефекта или выхода из строя катушек. Таким образом, система управления данного типа не только обеспечивает защиту от превышения скорости, но и позволяет производить проверку под нагрузкой датчиков скорости вращения (ST 1-3) 123, 125, 127; проверку каждого электронного устройства размыкания при превышении скорости (EOT 13) 131, 133, 135 и проверку каждой катушки соленоидной задвижки 151, 153, 155. В приведенном примере описано использование настоящего изобретения для управления как устройством управления паровой турбиной, так и клиновой задвижкой, в то время как привод клапана управления осуществляется от электродвигательного исполнительного устройства; кроме того, описано приложение гидравлических давлений. Однако следует иметь в виду, что использование электромеханических исполнительных устройств данного типа не является обязательным, так как действие размыкания полностью изолировано от исполнительных устройств. Существует множество применений настоящего изобретения вне зависимости от конкретных использованных электромеханических исполнительных устройств и клапанов управления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для создания сигнала размыкания для клапана управления, отличающееся тем, что оно включает в себя клапан управления и поршень, соединенный со штоком исполнительного устройства и оказывающий давление на клапан управления,причем к зоне поверхности поршня прикладывается давление; при этом за счет первой поверхностной зоны клапана управления, к которой приложено давление, создается усилие в противоположном направлении по сравнению с усилием от давления, приложенного к поверхностной зоне указанного поршня; и средство снятия давления, приложенного к первой поверхностной зоне клапана управления для создания сигнала размыкания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что исполнительное устройство, с которым соединен поршень, представляет собой электромеханическое исполнительное устройство. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что клапан управления имеет вторую поверхностную зону, к которой приложено давление,создающее усилие в том же направлении, что и давление, приложенное к первой поверхностной зоне указанного поршня. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем,что давление, приложенное ко второй поверх 7 ностной зоне клапана управления, создано источником, отличающимся от источника, создающего давление, приложенное к первой поверхностной зоне клапана управления. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем,что результирующая всех сил, вызванных приложенными к поверхностным зонам давлениями, равна нулю в установившемся состоянии. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем,что усилие, приложенное к штоку исполнительного устройства, равно нулю при снятии давлений на поверхностную зону поршня и на первую поверхностную зону клапана управления. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем,что клапан управления выполнен перемещаемым в направлении силы, созданной давлением,приложенным по второй поверхностной зоне клапана управлении, при снятии давлений на поверхностную зону поршня и на первую поверхностную зону клапана управления. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем,что дополнительно включает в себя систему размыкания, а средство для снятия давления,приложенного к первой поверхностной зоне клапана управления содержит не менее трех соленоидных дренажных задвижек, причем каждая из указанных соленоидных дренажных задвижек снабжена комплектом из двух катушек; и не менее трех устройств размыкания при превышении скорости с дискретными выходными сигналами, каждое из которых подключено к двум катушкам, причем указанные катушки относятся к различным дренажным задвижкам. 9. Устройство по пп.1, 4, или 8, отличающееся тем, что давление, приложенное к первой поверхностной зоне клапана управления, создано тем же источником, что и давление, приложенное к поверхностной зоне указанного поршня. 10. Способ создания сигнала размыкания для блока клапана управления, включающего в себя исполнительное устройство и клапан управления, в соответствии с которым на клапан управления воздействуют первым результирующим усилием за счет давления от рабочей жидкости, при этом указанное результирующее усилие прижимает клапан управления к исполнительному устройству, после чего обеспечивают одновременное перемещение исполнительного устройства и клапана управления, пока не возникнет сигнал размыкания. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что используют дополнительный поршень, к которому прилагают второе результирующее усилие, при этом создают пренебрежимо малое результирующее усилие, приложенное к исполнительному устройству в установившемся состоянии. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что снижают второе результирующее усилие. 8 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что при размыкании направление первого результирующего усилия изменяют на обратное, при этом клапан управления принудительно отводится от исполнительного устройства. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что снижение второго результирующего усилия приводит к снижению усилия, приложенного к исполнительному устройству, до пренебрежимого значения. 15. Устройство для создания сигнала размыкания для блока клапана управления, включающее в себя исполнительное устройство, клапан управления и средство для приложения первого результирующего усилия к клапану управления за счет давления от рабочей жидкости,причем первое результирующее усилие прижимает клапан управления к исполнительному устройству, за счет чего обеспечивают одновременное перемещение исполнительного устройства и клапана управления, пока не возникнет сигнал размыкания. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем,что оно содержит средство для приложения второго результирующего усилия за счет давления от рабочей жидкости на дополнительный поршень, за счет чего к исполнительному устройству в установившемся состоянии приложено пренебрежимо малое результирующее усилие. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем,что оно содержит средство для снижения второго результирующего усилия. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем,что оно содержит средство для изменения на обратное направления приложения первого результирующего усилия, так что клапан управления принудительно отводится от исполнительного устройства. 19. Устройство по п.17, отличающееся тем,что за счет снижения второго результирующего усилия к исполнительному устройству приложено пренебрежимо малое усилие. 20. Устройство по п.15, отличающееся тем,что исполнительное устройство представляет собой электромеханическое исполнительное устройство. 21. Устройство по п.18, отличающееся тем,что оно дополнительно содержит систему размыкания, а средство для изменения направления первого результирующего усилия на обратное включает в себя не менее трех соленоидных дренажных задвижек, причем каждая из них снабжена комплектом из двух катушек; и не менее трех устройств размыкания при превышении скорости с дискретными выходными сигналами, каждое из которых подключено к двум катушкам, причем указанные катушки относятся к различным дренажным задвижкам.