Глава II. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫМИ КОМПРЕССОРНЫМИ СТАНЦИЯМИ
Функции подсистем управления
Управление любым производственным агрегатом или процессом требует знания закономерностей и взаимных связей, присущих этому агрегату или процессу. Управление турбиной разбивается на два этапа: пуск (или остановка) и стабилизация некоторых параметров. Система управления газотурбинной установкой может быть разделена на ряд подсистем, некоторые из них перечислим ниже.
- Подсистема пуска и остановки турбины с включением и выключением нагнетателя из газовой сети, осуществляющая практически все операции по заранее заданной программе.
- Подсистема стабилизации скорости вращения нагнетателя или давления за нагнетателем.
- Подсистема защиты турбины от аварийных режимов и неправильной реализации программ, действующая как в пусковых режимах, так и в режиме стабилизации.
- Подсистема контроля основных параметров газотурбинной установки и состояния отдельных агрегатов, без которой невозможна работа предыдущих трех подсистем. Более того, первые три подсистемы обязательно содержат элементы четвертой.
Первые три подсистемы содержат целый ряд общих звеньев.
- Измерительные звенья, являющиеся одновременно элементами подсистемы контроля.
- Логические звенья, в которых происходит переработка информации, полученной в результате измерений, и формирование команд управления.
- Исполнительные звенья, служащие для приведения в действие органов управления турбиной (регулирующий и стопорные клапаны, задвижки на трубопроводах обвязки и. т. д.).
- Усилительные звенья, необходимые для усиления по мощности сигналов управления, формируемых в логических звеньях.
Рассмотрим коротко назначение перечисленных звеньев.
Измерительные звенья снабжают непрерывной или дискретной информацией другие подсистемы и поэтому должны учитывать их специфику.
Подсистема стабилизации, поддерживающая значение какого-либо параметра на определенном уровне или изменяющая этот параметр по заданной программе, требует пропорциональных измерительных звеньев. Такие звенья непрерывно фиксируют отклонения параметра от заданного уровня и величину этого отклонения. Пропорциональные измерительные звенья могут иметь линейные и нелинейные статические характеристики и могут быть инерционными и безынерционными. Предпочтение отдается безынерционным измерительным звеньям с линейными статическими характеристиками.
Для подсистем пуска и защиты, осуществляющих перевод газотурбинной установки из одного характерного состояния в другое, требуются измерительные устройства дискретного действия. Такие звенья выдают сигнал только при определенных значениях контролируемого параметра. Статическая характеристика выход — вход измерительных звеньев указанных двух типов различна (рис. II. 1).
Рис. II.1. Характеристики датчиков пропорционального (а) и релейного (б) действия.
Логические звенья в подсистеме стабилизации, как правило, выполняют функции непрерывного ограничения или сравнения заданных значений параметров с их текущими значениями. Разность между заданным значением некоторой величины и ее текущим значением называется ошибкой рассогласования или просто ошибкой. Величина и знак ошибки используются в качестве управляющих воздействий, Ограничивать и сравнивать можно электрические напряжения или токи, механические усилия и их производные. Подробно логические звенья непрерывного действия рассматриваются в гл. V.
В подсистемах пуска и защиты логические звенья выполняют функции сравнения состояний агрегатов с заданными программой или техническими условиями. При совпадении состояний логические звенья вырабатывают сигналы, разрешающие включение (или отключение) отдельных агрегатов или продолжение технологической операции. При несовпадении состояний логические звенья вырабатывают сигналы, запрещающие продолжение технологического процесса, или аварийные сигналы, вызывающие остановку агрегатов. Следовательно, в данных подсистемах логические звенья перерабатывают дискретную информацию и выдают дискретные команды, на основе которых меняется состояние агрегатов.
Следует также иметь в виду, что поступившая дискретная информация не всегда может быть использована сразу по ее восприятии; часто она должна быть сохранена и сопоставлена с последующими или предыдущими сообщениями. Кроме того, одна и та же информация иногда используется многократно, поэтому в ряде случаев возникает необходимость в ее хранении. Функции таких хранилищ выполняют различные запоминающие устройства, являющиеся составной частью логических звеньев.
Усилительные звенья служат для приведения в действие исполнительных органов, так как это требует мощностей, значительно больших, чем мощности выходных цепей логических схем или регуляторов. Поэтому возникает потребность в промежуточных усилителях. Такие усилители входят обычно в комплект логических элементов или регуляторов, образуя с ними комплексную установку. .
В настоящее время имеется пять основных видов усилителей: магнитные, транзисторные, тиристорные, гидравлические, пневматические.
Здесь и далее пойдет речь только об электрических усилителях. В гл. V будут подробно рассмотрены электрогидравлические усилители.
Выбор того или иного вида электрического усилителя зависит от ряда факторов: потребного для исполнительного механизма рода тока и напряжения, характера выходного сигнала логического устройства (статический или динамический), требуемого быстродействия (и т. д.), а также от наличия источников питания. Этот вопрос тесно связан с выбором типа логических элементов и должен решаться совместно с ним.
Магнитные усилители, как правило, не требуют специальных источников питания, они питаются от промышленной сети переменного тока. Магнитные усилители обладают стабильными характеристиками, способны обеспечивать значительные выходные мощности и большие коэффициенты усиления. Их основными недостатками являются: сравнительно большое время переходного процесса; пропорциональность объема а, следовательно, и стоимости) выходной мощности; недопустимость существенных отклонений сопротивления нагрузки от номинального значения, т. е. эти усилители лишены универсальности. Эти ограничения наряду со сравнительно высокой стоимостью делают в ряде случаев желательным переход к другим видам усилителей.
Усилители на полупроводниковых триодах (транзисторные) требуют для питания источник постоянного тока. Они более универсальны по величине сопротивления нагрузки и обладают высоким быстродействием. Но большинство современных транзисторов способно работать в области напряжений на нагрузке, не превышающих 30—60 в, таким образом, они не могут использоваться для большинства исполнительных механизмов, рассчитанных обычно на питание от стандартных сетей с напряжением 110 и 220 в.
Тиристоры (управляемые полупроводниковые диоды) позволяют создавать усилители, способные работать в широком диапазоне напряжений и токов при небольшой инерционности и скромных размерах. Их недостатком является сложность схем и сравнительно высокая стоимость. Кроме того, этот вид усилителей не изготовляется промышленностью серийно, что вынуждает каждый раз проектировать схемы и подбирать параметры входящих в них элементов, а также кустарно проводить сборку, наладку и регулировку изготовленных образцов. Выбор выходных усилителей (если они не входят в конкретную серию логических элементов) — достаточно ответственный этап. Подробнее этот вопрос рассматривается в гл.IV.
Исполнительные звенья в системах управления газовыми турбинами весьма разнообразны как по роду тока, так и по характеру работы (реверсивный электродвигатель регулятора, соленоидные клапаны для пневматических приводов задвижек, устройство для зажигания факела, валоповоротное устройство, контакторы маслонасосов и т. д.). Исполнительные устройства являются технологическим оборудованием газотурбинного агрегата и описываются в главах IV и V.
