Клапан на турбине для чего нужен: Как работает вакуумный клапан турбины?

Как работает вакуумный клапан турбины?

Мы работаем. Звоните!

ЧТО МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛЕЗНО ВАМ?

Полезные знания

12. 01. 2022

Какие риски ожидают при самостоятельном ремонте турбины

Турбокомпрессор – надежный механизм, однако со временем он, как и другие системы автомобиля, выходит из строя. Вы заметите “падение” наддува и тяги, двигатель станет быстрее перегреваться, во время его работы может слышаться свист, стук и даже вой. Опытный автовладелец быстро определит источник проблемы и, скорее всего, захочет осуществить ремонт турбины своими руками. С одной стороны, […]

Подробнее

10. 01. 2022

Почему свистит турбина – разбираем причины поломки

Иногда при работе турбокомпрессора слышится свист. Он может быть совершенно безопасен и не требовать ремонта. А может сигнализировать о наличии проблем.  Чтобы разобраться в природе и причинах свиста, давайте сначала вспомним о принципе работы турбины. А затем проанализируем, когда возникают нехарактерные звуки, о чем они сигнализируют и что с этим делать. Когда свист турбины не […]

Подробнее

05. 01. 2022

Виды турбин на автомобиле: в чем отличия

Все автомобильные турбокомпрессоры работают за счет использования энергии отработавших выхлопных газов. Принцип работы у них общий, а вот конструктивные особенности отличаются. Поэтому, прежде чем рассматривать типы турбин для авто, лучше сначала разобраться, как они функционируют. Это поможет понять отличия того или иного типа. Как работают турбины? Их устройство и принцип действия направлены на поступление в […]

Подробнее

12. 01. 2022

Какие риски ожидают при самостоятельном ремонте турбины

Турбокомпрессор – надежный механизм, однако со временем он, как и другие системы автомобиля, выходит из строя. Вы заметите “падение” наддува и тяги, двигатель станет быстрее перегреваться, во время его работы может слышаться свист, стук и даже вой. Опытный автовладелец быстро определит источник проблемы и, скорее всего, захочет осуществить ремонт турбины своими руками. С одной стороны, […]

Подробнее

10. 01. 2022

Почему свистит турбина – разбираем причины поломки

Иногда при работе турбокомпрессора слышится свист. Он может быть совершенно безопасен и не требовать ремонта. А может сигнализировать о наличии проблем.  Чтобы разобраться в природе и причинах свиста, давайте сначала вспомним о принципе работы турбины. А затем проанализируем, когда возникают нехарактерные звуки, о чем они сигнализируют и что с этим делать. Когда свист турбины не […]

Подробнее

05. 01. 2022

Виды турбин на автомобиле: в чем отличия

Все автомобильные турбокомпрессоры работают за счет использования энергии отработавших выхлопных газов. Принцип работы у них общий, а вот конструктивные особенности отличаются. Поэтому, прежде чем рассматривать типы турбин для авто, лучше сначала разобраться, как они функционируют. Это поможет понять отличия того или иного типа. Как работают турбины? Их устройство и принцип действия направлены на поступление в […]

Подробнее

Что такое клапан управления турбиной и как он работает

Для полноценного функционирования турбины в двигателе автомобиля, нужен специальный клапан, который поддерживает надлежащий уровень давления в воздушной и жидкой среде. Без этого устройства двигатель машины может выйти из строя. Поэтому важно понимать особенности работы данного механизма. В этой публикации мы расскажем, что такое клапан управления турбиной и как он работает.

Содержание

1. Клапан управления турбиной – особенности.
2. Принципы работы механизма.
3. Разновидности клапанов.

Что такое клапан управления турбиной

Мощность, создаваемая двигателем с турбонаддувом напрямую связана с количеством воздуха, который заполняет цилиндры. Другие переменные, такие как температура, влажность, время зажигания и т. д., влияют на количество наддува.

Услуги по ремонту клапана турбины

Помимо этого, повышение давления наддува является очень простым и эффективным способом увеличения объема воздушного потока в двигатель, тем самым, увеличивая выходную мощность.

Клапан управления турбиной

Хотя увеличение наддува является простым способом получения мощности, это следует делать разумно и с пониманием механических ограничений двигателя. Поэтому важно использовать датчик наддува (клапан управления турбиной, буст-контроллер). Если не применять данный механизм, неконтролируемое повышение уровня наддува приведет к увеличению механического и термического напряжения на всех компонентах двигателя. В большинстве случаев увеличение наддува на 10-20% вполне безопасно.

Как работает клапан управления турбиной

Все двигатели с турбонаддувом имеют ту или иную форму заводского контроля наддува, и все они работают на пневматической системе. Чтобы понять, как работает буст-контроллер, для начала нужно взглянуть на эту систему. Давление наддува определяется перепускным клапаном, который на большинстве заводских турбин встроен в корпус турбины.

Назначение перепускной заслонки состоит в том, чтобы выпускать контролируемое количество выхлопных газов, чтобы поддерживать скорость вращения вала турбины, а, следовательно, и наддув, под контролем. Если бы не клапан, давление наддува продолжало бы быстро подниматься до катастрофических уровней. Клапан управления турбиной установленный на турборежиме (за исключением внешних систем заслонки), является частью пневматической системы, которая управляет заслонкой.

Давление нагнетания подается к приводу через небольшой шланг из выпускного отверстия компрессора, образуя тем самым контур управления. По мере повышения давления наддува, это давление начинает открывать задвижку через привод, чтобы замедлить наращивание наддува, пока не будет достигнут установленный уровень.

При правильном подключении к шлангу, который питает привод заслонки, буст-контроллер «отбирает» измеренное количество воздуха (заданное регулировочным винтом наверху), чтобы снизить давление в шланге.

Виды клапанов

Электромагнитный клапан управления турбиной представляет собой электромеханическое устройство, которое открывает или закрывает проходные сечения. Используется для регулировки потока воздуха. Электромагнитный буст-контроллер характеризуется рабочим давлением, рабочей средой, температурой работы, температурой окружающей среды, ресурсом и опцией клапанов.

Байпасный (внешний) клапан зачастую встраивается в мощных автомобилях (от 400 л.с.), для установки понадобится перекрестная труба или же изменение части коллектора.

Внутренний клапан используется во многих автомобилях с дизельным турбодвигателем. Чтобы достичь нужного давления, заслонка данного механизма приоткрывает поступление отработанных газов, а для набора таких газов закрывается.

Клапан регулировки наддува, пример – видео:

 

Читайте также: Что такое актуатор турбины и его функции. Настройка актуатора турбины.

 

Клапан управления паровой турбины, система управления и смазочного масла

Клапан управления паровой турбины, система управления и смазочного масла

Subodh Kumar Tikadar

Общепромышленная паровая турбина предпочитает источник пара 42 кг/см2 (600 PSI) при 482°C (900 o F). Паровые турбины для промышленного применения часто подразделяются на две (2) категории в соответствии с базовой конструкцией:

1) Конденсационные турбины , в которых пар выбрасывается в конденсатор. Разрежение в конденсаторе обеспечивает оптимальный перепад давления на входе в турбину и на выходе из нее. Пар конденсируется в воду, и насос возвращает эту воду в котел.

2) Турбина с противодавлением — это турбина, в которой выхлоп турбины находится выше атмосферы. Выхлопной поток низкого давления используется в какой-либо другой части установки. Типичное давление составляет от 2 до 4 кг/см2 для обогрева технологического процесса или обогрева здания.

В этом документе рассматриваются элементы управления турбиной для различных функций, поэтому было бы естественно классифицировать турбины в соответствии с параметрами управления.

Классификация по функции управления:

1) Конденсационная турбина, наиболее распространенное применение для привода генератора и механического привода (компрессора), если нет необходимости контролировать другие параметры турбины.

2) Контроль давления на входе, когда основной задачей турбины является поддержание постоянного давления во входном коллекторе.

3) Турбина с противодавлением, где турбина предназначена для производства пара низкого давления путем расширения пара из источника высокого давления.

4) Экстракционная турбина для применений, требующих промежуточного источника давления пара при регулируемом расходе.

5) Индукционная турбина, также называемая входной турбиной, в которой имеется промежуточный источник давления для привода турбины в дополнение к источнику высокого давления.

Все эти основные типы используются во многих вариациях, включая вытяжные турбины с двумя или более вытяжными отверстиями или комбинацию вытяжных/индукционных турбин.

Классификация по количеству клапанов :

В прошлом, в эпоху аналогового управления, функциональная классификация была естественной. На самом деле это были аналоговые элементы управления, требовавшие значительной работы по проектированию для конкретного приложения или функции. Но теперь все это цифровое управление, которое требует большого количества программного обеспечения. Это программное управление устранило большую часть этой аппаратной конструкции. Например, для цифрового управления не важно, является ли входной сигнал 4–20 мА давлением, мощностью или любым другим параметром, потому что все масштабирование выполняется в программном обеспечении. Поэтому с точки зрения управления мы можем упростить систему, классифицируя турбину по количеству точек управления на турбине, причем каждая точка управления имеет один или несколько регулирующих клапанов. В каждом месте может быть несколько клапанов, например, турбина с несколькими впускными клапанами, но эти клапаны работают в одной точке: на входе в турбину. Эти клапаны могут работать одновременно или последовательно, но в классификации эти клапаны рассматриваются как единая точка управления. Большие турбины с одним отводом могут иметь более одного клапана низкого давления для управления объемом пара, но для этой классификации все отводные клапаны в одном месте считаются одним клапаном.

1.   Турбины с одним клапаном : Поскольку имеется только один управляемый (впускной) порт, одновременно можно управлять только одним параметром. Этим единственным параметром может быть скорость, давление на входе, противодавление или для привода компрессора этот параметр может быть функцией компрессора, такой как давление всасывания или давление нагнетания. Система управления может иметь дополнительные функции управления, такие как ограничитель скорости и открытия клапана, а также система управления может переключаться с одного режима управления на другой, что типично во время пуска, когда управление переключается с управления скоростью на управление давлением. В любой момент времени можно контролировать только один параметр.

Конденсационные турбины : Пар поступает в турбину через впускной клапан и выходит в конденсатор. Вакуумный насос поддерживает в конденсаторе вакуум обычно на уровне 4 дюймов ртутного столба, обеспечивая турбине перепад давления между входом и выходом для оптимальной эффективности. Охлаждающая вода, протекающая через конденсатор, преобразует выхлопной пар в воду, и насос возвращает эту воду в котел. Контролируемым параметром для турбины является скорость, а для приводов генераторов это единственный параметр. Для механического привода контролируемый параметр также должен быть на компрессоре, например, давление всасывания компрессора или давление нагнетания компрессора.

Турбина конденсационного типа с одним клапаном может иметь выпускное отверстие или даже несколько выпускных отверстий, но этот выпускной поток не контролируется.

Регулятор противодавления : В этом типе турбины пар высокого давления расширяется до пара низкого давления. Другой метод заключается в использовании расширительных клапанов с регулятором давления, но этот метод неэффективен, так как приводит к потере тепловой энергии при расширении. Турбина с противодавлением восстанавливает эту энергию, приводя в действие полезную нагрузку.

Пар в коллекторе противодавления используется в технологическом процессе или для обогрева, обычно при переменной потребности в расходе. Не существует прибора для измерения потребности, но известно, что при постоянной скорости вращения турбины противодавление будет меняться в зависимости от потребности. Увеличение потребности приводит к начальному снижению давления, в то время как уменьшение потребности в потоке сначала приводит к увеличению давления. Таким образом, управление турбиной с противодавлением модулирует впускной клапан и согласовывает расход пара с потребностью в паре, поддерживая постоянное давление в коллекторе противодавления.

Когда давление падает, система управления будет открывать впускной клапан дальше, пока новый расход не будет соответствовать требуемому расходу, а давление не вернется к норме. Однако увеличение расхода пара также увеличивает скорость или выходную мощность турбины.

Основной задачей турбины противодавления является подача пара низкого давления. Мощность, получаемая от расширения пара в турбине, является побочным продуктом, но для одноклапанной турбины, как и для турбины с противодавлением, эту мощность нельзя контролировать: доступная мощность зависит исключительно от потребности в экстракционном паре.

Регулятор давления на входе : Турбина нагнетания на входе получает пар из коллектора высокого давления, который также подает пар другим пользователям, таким как другие турбины. Расход в коллекторе меняется в зависимости от потребностей этих пользователей, и вместо того, чтобы изменять поток от котла, турбина нагнетания на входе принимает весь этот поток. Опять же, невозможно измерить расход, требуемый другими пользователями, но турбина, работающая под давлением на входе, согласовывает доступный расход с требуемым расходом, поддерживая постоянное давление в коллекторе. Когда давление в коллекторе падает из-за увеличения расхода, контроллер закрывает впускной клапан. Когда давление в коллекторе увеличивается из-за падения потребности, контроллер еще больше открывает впускной клапан. Опять же, доступная мощность является функцией расхода пара и не может контролироваться в этом приложении.

Применение противодавления и давления на входе работает для генераторов, работающих параллельно с сетью, и для механических приводов с регулируемой скоростью. Эти приложения не работают для генераторов в изолированной системе, поскольку система управления не может поддерживать постоянную скорость.

Впускной клапан турбины обратного давления открывается, когда датчик указывает на падение давления. Однако впускной клапан турбины на входе движется в противоположном направлении: он закрывается, когда датчик на коллекторе высокого давления указывает на падение давления.

Механические гидравлические регуляторы :

Регулятор — это базовый регулятор скорости, который получает опорный пневматический сигнал скорости от системы управления технологическим процессом. Обычно это сигнал 3–15 PSI. Этот контроллер процесса может управлять любой переменной, такой как противодавление, давление на входе в турбину, давление всасывания компрессора или давление нагнетания, в зависимости от работы турбины. Поскольку регулятор полностью механически-гидравлический, он искробезопасен во всех опасных средах. Кроме того, он полностью автономен, так как имеет внутреннюю подачу масла. Однако с точки зрения эксплуатации этот тип регулятора имеет следующие эксплуатационные ограничения.

(1) Если эталонный сигнал скорости 3-15 фунтов на квадратный дюйм представляет собой работу компрессора, 3 фунта на квадратный дюйм эквивалентны минимальной рабочей скорости компрессора, а 15 фунтов на квадратный дюйм представляют собой максимальную рабочую скорость компрессора.

(2) Динамика регулятора определяется механическими компонентами, а диапазон скоростей, в котором регулятор будет управлять с приемлемой стабильностью, ограничен.

(3) Регулятор имеет внутреннюю подачу масла и насос. Следовательно, сервопривод не имеет выходной мощности до тех пор, пока частота вращения турбины не увеличится достаточно, чтобы обеспечить адекватное давление масла от насоса.

(4) По соображениям стабильности существует временная задержка между любыми изменениями входного задания скорости и реакцией внутреннего механизма задания скорости.

(5) Поскольку сигнал 3 фунта/кв. линия). Оператор открывает клапан T&T, и турбина начинает вращаться. Как только масляный насос в регуляторе создает достаточное давление, регулятор определяет состояние пониженной скорости и перемещает управляемый клапан (CV) на максимум. CV устанавливается после клапана TT на линии подачи пара. Любое «удержание» для прогрева и любое быстрое ускорение через критический момент должны контролироваться вручную через Т/Т клапан. Этот процесс продолжается до тех пор, пока турбина не достигнет скорости, соответствующей эталонной настройке 3 фунта на квадратный дюйм, после чего регулятор берет на себя управление турбиной через регулирующий клапан CV. Клапан Trip & Throttle (T/T) может быть полностью открыт, и начинается процесс загрузки компрессора.

Кроме того, любое снижение скорости вращения турбины ниже уровня 3 PSI, такое как холостой ход турбины или управляемое отключение, должно выполняться вручную, опять же через Т/Т клапан.

Вход задания скорости перемещает пилотный клапан (PV) через сильфон. PV направляет масло к поршню на верхней части пружины спидера (SS), которая определяет фактическую исходную настройку. Ограничение потока масла к этому поршню создает временную задержку. Эта встроенная временная задержка в 3-5 секунд необходима для стабильности системы, но она предотвращает любое быстрое переопределение через вход 3-15 фунтов на квадратный дюйм, когда ограничитель хочет мгновенно воздействовать на паровой клапан. Типичным примером является насос с паровым приводом, который регулируется по расходу с принудительным управлением при падении давления всасывания.

Электронные регуляторы :   

Этот регулятор был представлен в старые времена. Сейчас это винтажная категория. Задание скорости для этого типа регулятора представляло собой комбинацию удаленного задания 94–20 мА) от контроллера процесса и ручного потенциометра, причем последний использовался для управления скоростью ниже минимальной рабочей скорости компрессора, соответствующей 4 мА. электронный регулятор позволял оператору управлять скоростью турбины через регулирующий клапан (CV) в гораздо более широком диапазоне скоростей, а также позволял дистанционно управлять скоростью.

Преимущество электронного регулятора скорости над механическим гидравлическим включает в себя время реакции и некоторую дополнительную гибкость. Электронный регулятор скорости реагирует быстрее, чем механическо-гидравлический эквивалент, если он сочетается с быстрым приводом. Он также работает с более широким диапазоном скоростей.

Цифровое управление : Основной режим управления —

(1) Нормальный режим работы, который может быть скоростью, мощностью, давлением или любой другой переменной, если понятно, что для одноклапанной турбины может использоваться только один параметр. быть под контролем в любой момент времени для любого данного типа, хотя управление должно иметь возможность переключаться с одного параметра управления на другой.

(2) Система управления должна распознавать, что существуют определенные ограничивающие параметры, которые, возможно, должны автоматически включаться, когда такая переменная достигает заданного значения.

Режим каскадного управления :

Скорость является основным параметром управления как для генератора, так и для механического привода. Любой другой параметр управления, такой как регулятор процесса, действует как опорный вход для регулятора скорости. Выход управления процессом модулирует задание управления скоростью.

Регулятор давления на входе :

Рассмотрим турбину, подключенную к паровому коллектору постоянного давления. Когда есть другие пользователи, подключенные к паровому коллектору, давление в коллекторе падает, и система управления закрывает впускной клапан турбины, что делает больше пара доступным для других пользователей. Основная задача состоит в том, чтобы поддерживать давление в коллекторе, в то время как мощность является побочным продуктом, который зависит от количества пара, проходящего через турбину.

Регулятор противодавления :

Обратное давление можно контролировать, как указано выше, за исключением того, что инвертирование сигнала должно происходить по мере того, как регулирующий клапан турбины перемещается в противоположном направлении: падение обратного давления указывает на увеличение потребности, что требует открытия впускного клапана. Для регулирования давления на входе падение давления требует, чтобы клапан двигался в направлении закрытия.

Ограничитель минимального давления на входе : При простом управлении скоростью паровой турбины давление пара может упасть из-за внезапной потребности или проблемы с источником пара. Низкое давление может привести к выносу воды из котла, что может привести к серьезному повреждению. Поэтому этот контроллер имеет низкий ограничитель давления пара. Во время нормальной работы, когда давление превышает заданное значение ограничителя, выходной сигнал ограничителя высокий, и регулятор скорости приводит в действие регулирующий клапан турбины.

Управление компрессором : Для большинства применений компрессора управляющим параметром является либо давление на входе компрессора, либо давление нагнетания компрессора. Для компрессора процесс, которым необходимо управлять, находится выше по потоку, поэтому регулятор давления на входе компрессора работает как каскадное управление на регуляторе скорости. Это может быть, скажем, газоразделительная установка, где компрессор должен удалять весь доступный газ. Увеличение давления заставляет систему управления увеличивать скорость вращения турбины. Если процесс идет ниже по течению, более вероятно, что управляющим параметром является давление нагнетания компрессора. Однако действие противоположно регулированию давления на входе: увеличение давления указывает на уменьшение потребности в расходе, что требует уменьшения скорости турбины.

Цифровому управлению не важны входные переменные. Входной сигнал 4–20 мА для каскадного контроллера может быть давлением пара, таким как давление на входе или противодавление, или параметром компрессора, таким как давление всасывания или давление нагнетания.

Пользователь должен настроить детали требований к управлению, которые включают выбор различных режимов управления и ввод сведений о входах и выходах. Для этой задачи Woodward 505 оснащен буквенно-цифровым дисплеем и встроенной клавиатурой. Стандартные элементы управления нового поколения будут иметь конфигурацию, выполненную компьютерами, такими как ПК или ноутбук.

Все стандартные элементы управления Woodward настраиваются путем ответов на вопросы, которые появляются на дисплее, путем ввода ответов «да/нет» или ввода числовых значений.

Стандартные элементы управления охватывают большинство применений механических приводов. Однако для более сложных применений больших турбин, имеющих разветвленную систему защиты, или более сложных применений, таких как ряд паровой турбины/компрессора, требования не соответствуют требованиям стандартного управления, и требуется специально запрограммированное управление.

Элементы управления со стандартной программой обычно менее обширны, поскольку прикладная программа не требует функционального тестирования для каждого элемента управления.

2. Турбины с двумя клапанами : с двумя клапанами система управления может одновременно модулировать два параметра. Для электростанций и турбин в генераторах это может быть сочетание поддержания постоянной скорости вращения турбины и регулирования расхода отбора. Для привода с регулируемой скоростью, такого как применение компрессора, эти два параметра обычно представляют собой управление переменной скоростью в сочетании с регулированием расхода экстракции. Этот тип турбины называется турбиной с одинарным автоматическим отбором (SAE), поскольку он имеет один порт отбора с регулируемым потоком отбора.

1) Одинарная автоматическая вытяжка :

Турбины с одним вытяжным портом называются турбинами с одинарной вытяжкой. Турбина может иметь регулирующие клапаны только на входе высокого давления, и в этом случае расход отбора не регулируется, и расход, а также давление в коллекторе отбора могут изменяться. Однако, если важно контролировать поток в выпускном коллекторе, турбина должна иметь два клапана: один на входе высокого давления, а второй клапан низкого давления ниже по потоку от выпускного отверстия. Этот тип турбины представляет собой турбину с одинарным автоматическим извлечением (SAE). Для большинства турбин SAE имеется только один клапан высокого давления и один клапан низкого давления, хотя конструкция может включать более одного клапана высокого давления и/или более одного клапана низкого давления.

Управление скоростью/мощностью :

Турбина может управлять компрессором, в котором скорость турбины должна изменяться в зависимости от потребности компрессора с помощью регулятора скорости с входом от контроллера процесса. Другое применение — генератор, работающий параллельно с коммерческой сетью. В этом случае скорость постоянна, а управление рассчитано на такой режим скорости/мощности, что количество мощности от генератора не должно колебаться.

Контроль извлечения :     

Второй контроллер — это контроллер экстракции, который должен регулировать количество потока в коллекторе экстракции. Этот поток определяется спросом со стороны пользователя.

Разъединение:

Турбина с противодавлением имеет регулятор, который модулирует поток в коллекторе с противодавлением, в то время как скорость или мощность не регулируются. Турбина SAE используется в приложениях, где необходимо одновременно контролировать как поток отбора, так и скорость или мощность.

Современное цифровое управление позволяет разделить два режима управления, сделав их независимыми. Для разъединения требуется, чтобы контроллер скорости/мощности и контроллер отбора одновременно управляли клапанами высокого и низкого давления.

Нормирование :

Весь пар для обеспечения мощности должен проходить от клапана высокого давления, через турбину высокого давления, через клапан низкого давления и турбину низкого давления к выхлопу турбины, при этом пар не должен проходить в выпускное отверстие. Весь пар для удовлетворения потребности в отводе должен проходить от клапана высокого давления через турбину высокого давления к порту отбора, при этом какой-либо из этого пара не проходит через секцию низкого давления.

Любое изменение требуемого расхода в вытяжном коллекторе требует, чтобы контроллер давления управлял обоими клапанами одновременно. Пар расширяется в секции высокого давления на пути к выходному отверстию, и это меняет уровень мощности. Поэтому клапан низкого давления должен двигаться в противоположном направлении. Увеличение потребности в отводе требует, чтобы клапан высокого давления открывался, а клапан P закрывался, чтобы уменьшить мощность, производимую клапаном низкого давления, на величину, равную увеличению мощности секцией высокого давления турбины.

Индукционные турбины:

Турбина имеет два входа для пара: вход высокого давления (HP) и вход среднего давления (IP). Многие заводы, такие как завод по производству этилена, зависят от установки риформинга для производства пара высокого давления. Во время пуска котел вырабатывает промежуточный пар, и на этом источнике запускается индукционная турбина. Когда процесс идет полным ходом и доступно высокое давление, турбина переключается на источник высокого давления. Другие индукционные турбины используют весь избыточный пар из коллектора промежуточного давления.

Цифровые средства управления для больших паровых турбин коммунального назначения с базовой нагрузкой : 

Электростанции коммунального назначения представляют собой сложные механизмы, требующие сложных систем управления для поддержания согласованной работы всего оборудования и обеспечения работы всей установки с ее оптимальной эффективностью. Традиционная система управления включает в себя управление котлами, управление горелками, управление турбиной и различные участки управления балансом установки. Оператор контролирует все эти различные элементы управления из центральной диспетчерской. Цифровая технология предлагает большую интеграцию функций управления и улучшенный интерфейс оператора, но должны быть дополнительные экономические выгоды для обоснования замены существующих средств управления.

Существуют две отдельные проблемы управления, определяемые характером контролируемого процесса. Этими областями являются: Управление установкой, Управление турбиной.

Значительное повышение эффективности может быть достигнуто за счет изменения режима работы станции, при этом важной частью является управление турбиной.

В дополнение к повышению базовой эффективности работы имеется вторичное повышение эффективности за счет увеличения эксплуатационной готовности турбины. Производитель средств управления может использовать цифровую технологию при проектировании отказоустойчивых систем, которые допускают отказ в аппаратных средствах управления без отключения турбины. Это действительно отказоустойчивое управление, оператор может производить ремонт и замену компонентов во время работы турбины, что значительно повышает эксплуатационную готовность турбины.

Интерфейсы паровой турбины  

Решение о замене существующей системы управления на паровой турбине новой цифровой системой управления является лишь одним из аспектов процесса. Выбор надлежащего интерфейса между новой системой управления и существующим паровым клапаном так же важен для успеха проекта. Большинство старинных элементов управления являются механическими или электромеханическими, а интерфейсы с сервоприводом парового клапана представляют собой механические связи или гидравлические давления. Новое электрическое управление имеет выходное напряжение или ток, представляющий потребность в паре. Для более старых турбин этот электрический сигнал теперь должен быть связан с существующими механическими устройствами, которые управляют паровым клапаном. Некоторые из проблем с существующим регулятором, которые привели к решению о замене управления, могут быть комбинацией проблем регулятора и недостатков сервопривода. Таким образом, неправильный интерфейс может повлиять на работу комбинации турбина-управление, независимо от улучшений от нового электронного управления.

Механический ввод:

Малая турбина может иметь механический регулятор или механико-гидравлический регулятор, непосредственно управляющий паровым клапаном. Большие турбины требуют большего усилия для управления клапанами, и эти турбины имеют многоступенчатые сервоприводы. Большинство основных конструкций имеют один пилотный клапан, который модулирует поток масла к силовому поршню, который, в свою очередь, управляет паровым клапаном (клапанами). (Губернатор, пилотный клапан, силовой поршень, паровой клапан). Иногда очень большие турбины могут иметь несколько ступеней усиления с двумя или более последовательными пилотными клапанами.

Механическое отключение:

Защита от превышения скорости является основным отключением, но могут быть задействованы и другие отключения, связанные с смазочным маслом и другими параметрами. Следует ли сохранить существующие механические расцепители и добавить новый электрический расцепитель или следует полностью заменить существующий расцепитель? Если существующая механическая система не вызывает ложных срабатываний, ее можно оставить в качестве вторичного срабатывания, а новую электрическую систему можно добавить в качестве первичной защиты. Правила страхования могут даже требовать сохранения механической поездки.

Электрическое отключение :

Программное обеспечение для защиты может быть в цифровом управлении турбиной, если предусмотрено второе, независимое отключение для (очень отдаленного) случая отказа в управлении турбиной. Более распространенным является использование защиты от превышения скорости в качестве отдельного устройства. Отключающие клапаны все время находятся в бездействующем состоянии, и необходимо проводить периодические проверки, чтобы убедиться, что они срабатывают, когда это необходимо. Добавлены два запорных клапана, которые могут изолировать один отключающий клапан для тестирования, в то время как другой отключающий клапан остается активным. Как только включение запорного клапана указывает на то, что отключающий клапан отключен, оператор может проверить отключающий клапан.

Консоли смазочного масла :

Производители изготавливают гидравлические силовые агрегаты (HPU) с одинарными и сдвоенными насосами с приводом от электродвигателя. Это стандартные конструкции, обеспечивающие подачу масла под давлением к электрогидравлическим приводам. Производитель также может разработать специально разработанные консоли смазочного масла, обеспечивающие подачу масла низкого давления для турбины и масла высокого давления для сервопривода.

Паровая турбина. Часть III. Отключающий и дроссельный клапан.

Одна турбина, хотя и предназначена для определенной скорости, может работать в диапазоне скоростей. Но как можно контролировать скорость? В электродвигателях скорость регулируется различными способами, например, изменением частоты (преобразователь частоты или частотно-регулируемый привод) или изменением других параметров, таких как напряжение или сила тока.

В установках заранее заданы различные уровни пара, но они не являются постоянными. Например, пар высокого давления и пар среднего давления. Пар высокого давления находится при 50 бар изб. и 400°С, а СД — при 20 бар изб. и 200°С. Между этими двумя уровнями нет доступного пара для использования таким оборудованием, как паровые турбины. Поскольку пар является входом паровой турбины, его свойства не могут быть изменены. Таким образом, в отличие от электрического двигателя, невозможно изменить входные характеристики паровой турбины. Единственное свойство, которое можно легко изменить, — это массовый расход на входе. Массовый расход можно изменить с помощью специального клапана. Этот клапан называется дроссельной заслонкой.

Подсказка: Давление на входе можно изменить с помощью клапана регулирования давления, но для входа паровых турбин из-за высокого расхода это неэкономично. Помимо экономических соображений, изменение режима подачи рискованно, так как возможно образование капель воды. Если капли образуются, лопасти турбины будут сильно эродированы.

Что такое дроссельная заслонка?

Дроссельный клапан или регулирующий клапан представляет собой большой клапан на впускном патрубке турбины. Он имеет тот же размер, что и вход. После получения сигнала от регулятора с помощью привода площадь открытия клапана изменится. При изменении размера отверстия через клапан может проходить определенное количество пара. Более высокий объем потока вызовет звуковой удар, и поток будет заблокирован. Таким образом, будет контролироваться массовый расход на входе в турбину, и в результате можно будет контролировать скорость и выходную мощность турбины.

Выбор материала дроссельной заслонки

Во время работы дроссельная заслонка открывается не полностью. Как показано на рисунке 1, левая сторона клапана находится в постоянном контакте с высокоскоростным потоком пара высокого давления. Это вызовет эрозию. Эрозии нельзя избежать, но, выбрав правильный материал, ее можно отсрочить на достаточное время.

Из-за сложной геометрии эти клапаны обычно отливаются. В соответствии с API 612 рекомендуемые материалы для литья различаются в зависимости от условий работы. Он показан на рисунке 2.

Рисунок 1 – Дроссельная заслонка частично открыта. В большинстве случаев дроссельные заслонки частично открыты, что приводит к эрозии седла клапана.

Как указано в API, эти материалы являются только рекомендательными. Производители могут свободно выбирать другие материалы, основываясь на своем опыте.

Покрытие седла клапана является наиболее важной частью выбора материалов. Производители выбирают это покрытие исходя из своего опыта. Для покрытия дроссельной заслонки используются такие материалы, как керамика из оксида циркония.

Рисунок 2- Таблица J.1 API 612, рекомендуемые материалы для входного корпуса и других внутренних деталей, изготовленных методом литья.

Отключающий клапан

Что произойдет, если дроссельный клапан выйдет из строя? Этот сценарий является одним из примеров того, что скорость турбины проходит безопасный рабочий диапазон и достигает опасной скорости. В этом случае вход пара в турбину должен быть перекрыт. Поскольку это функция безопасности, подача пара должна быть блокирована как можно быстрее, учитывая, что неисправный дроссельный клапан больше не работает достаточно быстро (благодаря мистеру Берду). В результате производители используют другой клапан под названием Trip Valve. Обязанностью отключающего клапана является блокирование входа пара в аварийных случаях.

Принципы работы отключающих клапанов

Наиболее важным аспектом работы отключающих клапанов является сигнал срабатывания. Когда отключающий клапан должен блокировать впускную линию? Этот сигнал обнаруживается на основе скорости, а это означает, что если скорость турбины превысит заданную точку, отключающий клапан заблокирует впускную линию. Устройство обнаружения называется устройством превышения скорости. Может работать электрически или механически.

Приведение в действие может осуществляться с помощью давления от воздушного или масляного цилиндра или с помощью электромагнитного клапана.

В отличие от дроссельных клапанов, отключающие клапаны в нормальном режиме работы полностью открыты, поэтому эрозия не является важным случаем для отключающих клапанов. На рисунке 3 показан простой отключающий клапан.

Рис. 3. Отключающий клапан мгновенного действия. Предоставлено ПАРСКО

Механическое обнаружение превышения скорости

Как показано на рис. 4, в этом методе внутри вала устанавливается пружина с грузом (болтом или штифтом), прикрепленным к одному концу. Когда вал начинает вращаться, из-за центробежных сил расцепляющий штифт будет вытягиваться наружу, в то время как сила пружины предотвращает эту силу. Коэффициент пружины определяется на основе уставки вращения. Если скорость вала превысит заданное значение, центробежная сила расцепляющего штифта будет выше силы пружины, и штифт выйдет наружу, а кончик штифта выйдет наружу. Когда вал вращается, кончик расцепляющего штифта ударяется о механизм, который приводит в действие пружину отключающего клапана, после чего отключающий клапан закрывает впускной паропровод.

Рисунок 4- Механическое устройство ограничения скорости. Предоставлено Компания Эллиот

Электрическое обнаружение превышения скорости

Электрический метод действует быстрее, чем механический. В этом методе скорость вала будет определяться датчиками скорости. Если скорость вала превышает заданное значение, устройство защиты от превышения скорости посылает сигнал на отключающий клапан, приводя в действие отключающий клапан. На рисунке 5 показан типичный P&ID для электрического устройства защиты от превышения скорости.

В отличие от механических методов, которые имеют меньший риск ошибок, электрические датчики имеют более высокий риск ошибок. Для компенсации этого риска используется несколько методов:

1. Несколько датчиков: вместо одного датчика скорости используется несколько датчиков. По нашему опыту, мы используем три датчика скорости с системой голосования 2OO3 (2 из 3), что означает, что если 2 из 3 датчиков обнаруживают, что скорость достигает заданного значения, сигнал отключения будет передан на отключающий клапан.
2. Механическая защита: добавлено механическое устройство защиты от превышения скорости с несколько более высокой уставкой для защиты электрических методов.

Рис. 5. Типичное расположение SE (элемента скорости) для защиты от превышения скорости и регулятора.

Запорно-дроссельный клапан

Дроссельный и запорный клапаны могут быть объединены в одном клапане, называемом Запорно-дроссельным клапаном или клапаном TT. В большинстве случаев эти клапаны комбинированные. Сечение комбинированного клапана ТТ показано на рисунке 6.

Рис. 6. Поперечное сечение клапана ТТ. Предоставлено Шутте и Кертинг

Назад к эрозии, упомянутой в предыдущих частях, если отсечной клапан и дроссельные клапаны разделены, если седло дроссельного клапана разрушается, уплотнение не будет полным, и дроссельный клапан не сможет полностью блокировать поток, однако отключающий клапан может блокировать пар .

В комбинированных клапанах ТТ эрозия более важна, чем в других случаях.