Глава 1. Источники и причины колебаний в гидравлических системах регулирования
В системах регулирования паровых и газовых турбин [1, 2, 3] наряду с механическими и электрическими устройствами широко используются гидравлические узлы в качестве первичных измерительных преобразователей (датчиков) частоты вращения, промежуточных усилителей, корректирующих устройств и сервомоторов регулирующих органов. Широко применяются сопловые, конусные и золотниковые дроссельные преобразователи с переменными и постоянными проходными сечениями, а также дроссельные диафрагмы [1, 4].
Эти дроссельные элементы в различных комбинациях с гидроканалами и трубопроводами образуют импульсные проточные линии и в совокупности с золотниковыми и поршневыми устройствами - гидравлические усилители, гидропривод.
На рис. 1.1 показаны проточные гидроусилители систем регулирования паровых и газовых турбин различных турбостроительных заводов и зарубежных фирм [2, 5, 6, 7, 8], использующих в АСР своих турбоагрегатов в качестве рабочей жидкости нефтяные турбинные масла [5, 8], огнестойкую жидкость [9] или воду [10].
Наиболее широкое применение в АСР турбоагрегатов нашёл дифференциальный золотник с проточной линией, образованной впуском жидкости через дроссельное окно золотника (или постоянный дроссель) и выпуском через дроссельное окно управляющего органа (УО). Давление в проточной линии воздействует на один торец золотника и уравновешивается действием давления (напорного или импульсного) на другой его торец.
Рис. 1.1. Схемы гидравлических усилителей с проточными линиями:
а) следящий золотник, б) промежуточный гидроусилитель;
сервомоторы регулирующих клапанов: в) ХТГЗ, г) УТМЗ, д) ЛМЗ, е) НЗЛ, ж) ВВС
Для создания уравновешивающей силы также применяется пружина. По таким схемам выполнены золотники промежуточных гидроусилителей (рис. 1.1, а, б) и отсечные золотники сервомоторов регулирующих органов (рис. 1.1, в, г, д, е, ж) многих типов паровых и газовых турбин.
В этих элементах АСР могут возникать колебания и пульсации, не связанные с изменением регулируемой величины или положения механизма управления турбиной [3, 11, 12]. Опыт наладки и эксплуатации систем регулирования турбоагрегатов разных заводов показал, что колебания нагрузки или регулируемой величины, вызванные колебаниями поршня сервомотора регулирующих органов, иногда бывают столь значительны, что препятствуют нормальной эксплуатации агрегата [13, 14].
Снижая точность регулирования, такая пульсация вызывает дополнительно целый ряд отрицательных последствий. Колебания частоты вращения ротора на холостом ходу затрудняют синхронизацию турбоагрегата и создают опасность включения его в противофазе. Пульсирующий сервомотор оказывает вредное влияние на элементы системы парораспределения (топливоподачи), вызывая их износ и преждевременный выход из строя.
В мощных энергообъединениях, где межсистемные связи часто работают при нагрузке, близкой к предельной пропускной способности, значительные пульсации сервомоторов регулирующих органов турбоагрегатов, а значит и колебания генерируемой мощности, влекут за собой неполную загрузку слабых связей. Это снижает экономичность режимов, затрудняет диспетчерское управление, может быть причиной нарушения устойчивости параллельной работы электроэнергетических систем [15...18].
Колебания крутящего момента на валу турбины вызывают крутильные колебания валопровода, что даже при невысоком уровне возникающих нагрузок при их неоднократном воздействии в процессе эксплуатации влечёт накопление малоцикловых усталостных повреждений металла и может привести к хрупкому разрушению ротора [19].
Непрерывное изменение мощности и расхода пара из-за пульсирующих перемещений регулирующих клапанов, вызывая непрерывные реверсирующие перемещения механизма управления турбиной, а также других регулирующих устройств тепломеханического оборудования блока под воздействием регулятора мощности или регулятора давления, способствует преждевременному выходу из строя этих устройств АСР [20].
Пульсация сервомоторов топливных клапанов ГТУ может вызвать недопустимые колебания температуры перед турбиной в процессе пуска, особенно в начальный его период при малых расходах циклового воздуха [21].
Далее рассматриваются основные источники и ранее известные причины, которые могут вызывать колебания, “самопроизвольные” перемещения элементов системы регулирования в номинально установившихся режимах, приводящие к нежелательным явлениям при эксплуатации турбоагрегатов.
