При выработке или выплавлении баббитовой заливки в упорных колодках подшипников ГТУ или нагнетателя происходит осевое смещение роторов, что может привести к задеванию вращающихся частей за неподвижные. Для предотвращения аварий, которые могут произойти в таких случаях, в системе защиты агрегата применены реле осевого сдвига, формирующие импульс аварийной остановки при осевом смещении вала на 0,8-1,0 мм.
На агрегате имеется три реле осевого сдвига: на ТВД, ТНД и нагнетателе, все гидравлического типа. Применение электрических реле по условиям взрывобезопасности неприемлемо, особенно для газового нагнетателя.
Конструкция реле двустороннего действия: к планке,укрепленной двумя шпилькамив разъеме корпуса подшипника, подведено через дроссельные шайбы диаметром 3 мм двумя линиями масло из маслопровода постоянного давления (5 кгс/см2). Через отверстия в планке это масло подводится к двум соплам и сливается в картер подшипников через щели, образуемые торцами сопел и диском на валу турбины или нагнетателя. Зазоры между соплами и диском за счет смещения сопел по резьбе устанавливаются на 1,1 мм.
Давление масла на линиях между шайбами и соплами замеряется электроконтактными манометрами. При нормальной работе, когда нет осевого смещения ротора, давление в двух линиях примерно одинаково: 1,2-1,8 кгс/см2. При осевом смещении ротора вращающийся диск приближается к одному из сопел. Давление масла в линии перед этим соплом увеличивается, а перед другим уменьшается. При смещении ротора на 1 мм давление перед одним соплом повышается примерно до 4-4,5 кгс/см2, а перед другим падает до 1,0-1,4 кгс/см2. Контакты электроконтактных манометров настраиваются на выдачу электрических импульсов в систему защиты агрегата при повышении давления перед соплами до 3-3,5 кгс/см2, что соответствует осевому смещению ротора примерно на 0,8 мм.
При установке сопел необходимо учитывать наличие осевого разбега ротора между установочными и рабочими колодками в упорном подшипнике, поэтому перед замером зазора ротор нужно отжать до упора в колодки в сторону устанавливаемого сопла.
Чтобы сопла при случайном задевании не создавали значительных деформаций диска, их изготавливают из латуни. Диаметр сливного отверстия в сопле равен 5 мм. В планке сопла фиксируются с помощью стопорных гаек. Для обеспечения стабильной работы реле подводимое к нему масло проходит очистку в дополнительном сетчатом фильтре.
43. Регулятор скорости
Регулятор скорости предназначается для поддержания постоянства заданной частоты вращения вала ТНД. Датчиком для регулятора скорости является специальный масляный насос-импеллер, находящийся на валу ТНД. Изменение частоты вращения вала вызывает изменение напора масла в импеллере, пропорциональное примерно квадрату числа оборотов. Напор воспринимается гидравлическим поршнем, нагруженным пружиной. Поршень управляет перестановкой дроссельного золотника, изменяющего сечение отверстия для слива проточного масла.
Регулятор скорости служит и для управления открытием стопорного и регулирующего клапанов во время пуска турбины, а также для быстрого их закрытия и открытия выпускных воздушных клапанов при аварийном падении давления в системе предельной защиты.
Изменение напора масла импеллера в регуляторе воспринимается поршнем. Усилие, создаваемое напором, уравновешивается пружиной. Поршень соединен с помощью тяги и шарниров с толкателем, завинчиваемым в золотник. При изменении напора происходит перемещение поршня и золотника. Золотник перемещается в буксе, которая имеет 2 профильные отверстия.К одному подведено проточное масло, к другому- масло предельного регулирования.
На верхней крышке регулятора смонтирован механизм задатчика частоты вращения, посредством которого можно вручную или дистанционно изменять положение штокас шарнирно укрепленным на его конце клапаном. В обоих случаях вращается валик с конической шестерней, сцепленной с колесом. На механизме задатчика частоты вращения смонтированы три конечных микро-выключателя, импульсы которых используются в системе автоматического управления и для остановки электродвигателя. Конечный микровыключатель сигнализирует о моменте открытия стопорного клапана
Действие регулятора сводится к следующему. Перед его включением в работу букса и золотник находятся на нижних упорах, клапан поднят и разобщен с седлом. М асло предельной защиты может сливаться через отверстие в седле, проточное масло - через отверстия в буксе, открытые на 4,2 мм по высоте. Отверстия для слива масла предельного регулирования перекрыты. Если будет запущен пусковой электронасос, то стопорный, регулирующий и выпускные воздушные клапаны закроются.
Чтобы открыть стопорный клапан, механизмом задатчика вращают маховик в сторону «Убавить», перемещая вниз до упора в седло клапан. Слив из системы предельной защиты в регуляторе прекращается, и давление масла в этой системе повышается. Для последующего открытия регулирующего клапана необходимо маховик механизма задатчика вращать в обратную сторону. Примерно после 3-5 оборотов маховика механизма задатчика, начинает открываться регулирующий топливный клапан. Когда напор импеллера достигнет примерно 3 кгс/сма, поршень вместе с золотником начнут перемещаться вверх.
Увеличение нагрузки вызывает снижение частоты вращения вала ТНД и напора импеллера. Поршень под действием пружинывместе с золотником опускаются, что приводит к уменьшению слива масла из проточной системы и к открытию регулирующего топливного клапана. Мощность турбины увеличится, и снижение частоты вращения вала прекратится.
При сбросе нагрузки регулятор действует в обратном порядке. Золотник движется вверх, слив проточного масла увеличивается и регулирующий клапан закрывается.
При срабатывании предельной защиты (как только давление в этой системе станет меньше 3 кгс/см2) пружины оторвут буксу от клапана и быстро поставят ее на нижний упор. Через отверстие в седле откроется дополнительный слив масла предельной защиты, что ускорит закрытие стопорного клапана. Перемещение буксы относительно золотника, который ненадолго остается в своем прежнем положении, приведет к открытию сливных отверстий для масла проточного и предельного регулирования. В результате регулирующий клапан закроется, а выпускные откроются. Выпускные клапаны снова закроются, когда частота вращения ТНД снизится для ГТК-5 и ГТ-750-6 примерно до 3000, а для ГТК-10 - до 2500 об./мин. К этому моменту золотник в поршень регулятора установятся на нижний упор, сливное окноснова перекроется и давление в системе предельного регулирования восстановится.
Расчетная неравномерность регулятора скорости составляет 4-5%. Импульс на открытие выпускных воздушных клапанов выдается регулятором скорости, когда частота вращения вала ТНД превысит на 7-10% значение, установленное механизмом задатчика.
44. Регулятор давления
Регуляторы давления типа РД-1-1 и РД-1-8, предназначенные для ограничения максимального давления газа в магистральном газопроводе после КС.
Регулятор включает в себя следующие основные узлы: гидроусилитель,, золотниковое устройство и дистанционное устройство управления. В комплект регулятора также входят дистанционный указатель положения (стрелочный прибор типа гальванометра) и переключатель, предназначенный для дистанционной настройки.
Регулятор работает следующим образом. При отклонении давления за КС от заданного значения изменяется усилие, развиваемое сильфоном, и нарушается равновесие коромысла, установленного шарнирно на опорах. При этом меняется зазор между заслонкой и сопломи, как следствие, командное давление в полости, куда масло подается из маслопровода регулирования давлением 5 кгс/см2 через дроссель, ввернутый в штуцер.Пропорционально изменению командного давления перемещается жесткий центрмембраныи золотник, изменяющий площадь слива масла из проточной системы. При изменении регулируемого давления в сторону увеличения сильфонтолкателем переместит конец коромыслас заслонкойвниз. Слив масла увеличится, и жесткий центрвместе с золотникомпереместятся вверх. В результате увеличится слив проточного масла через золотниковое устройство, что приведет к перестановке регулирующего клапана в сторону сокращения подачи топлива в камеру сгорания и к прекращению увеличения давления газа за КС.
В качестве обратной связи в регуляторе используются силовое воздействие сильфона(упругость его гофр), пружин, а также усилия со стороны командного масла, действующего на заслонкуи сильфон. Усилие со стороны сильфонапередается коромыслучерез корректори рычаг, установленный шарнирно па опоре. Усилие может изменяться за счет смещения корректораСмещение корректора вправо, в сторону уменьшения показаний на шкале, уменьшает статизм регулятора.
Корпус измерительного сильфона является несущим. К нему привернут кронштейн, в который ввернуты опоры коромысла. Корпус измерительного сильфона крепится к корпусу гидроусилителя при помощи винтови фланца. К соплу прикреплен успокоитель струи. В корпусесопла вмонтирован гаситель автоколебаний заслонки, состоящий из поршняи пружины. Пробказакрывает отверстие в корпусе и поджимает пружину.
Золотниковое устройствосостоит из корпуса, в расточке которого установлена втулка. Золотник, помещенный во втулке, сочленяется с жестким центроммембраныпри помощи струны. Жесткий центр состоит из двух дисков с конусными боковыми поверхностями, ограничивающими ход резиновой мембраны. Конусные поверхности на опорных дисках и на жестком центре позволяют мембране при повышении давления свыше допустимого прижиматься к ним и тем самым предохраняют ее от выхода из строя.
Натяжение пружиныустанавливается винтом на крышкетак чтобы начало слива проточного масла через золотниковое устройство происходило при давлении командного масла под мембраной 1,5 кгс/см2. Максимальное расчетное давление под мембраной, соответствующее полному ходу золотника (2 мм) и полному закрытию регулирующего клапана, составляет 3,5 кгс/см2. Уплотнение разъемных соединений в регуляторе осуществляется при помощи резиновых колец круглого сечения.
Импульсное давление к регулятору давления должно передаваться через жидкость в разделительном сосуде. Газ непосредственно к регулятору подводить не разрешается, поскольку регулятор установлен в блок-шкафе регулирующих устройств в помещении вместе с газовыми турбинами.
45. РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА
Реле предназначено для выдачи электрического импульса после появления малого избыточного давления за осевым компрессором ГТУ с целью обеспечения взрывобезопасности при зажигании факела в камере сгорания. Наличие такого давления свидетельствует о том, что камера уже продувается воздухом. Если на неработающем агрегате из-за неплотностей арматуры на топливном трубопроводе в камере сгорания скопился газ, то потоком воздуха он будет вытеснен в дымовую трубу.
Между двумя частями корпуса реле давления воздуха РДВ-6 закреплен чувствительный элемент - мембрана из прорезиненной ткани. Жесткий центр мембраны состоит из двух металлических дисков. В центре дисков укреплен шток, связанный с рычагом механизма настройки. В механизме настройки имеется пружина, натяжение которой регулируется винтом и отмечается указателем по шкале. При установке мембраны на упор в верхнюю часть корпусапроисходит срабатывание микровыключателя. Ввод проводов обеспечивается штуцером в нижней части механизма настройки, закрытого кожухом.
Давление воздуха от осевого компрессора передается в подмембранную полость реле через штуцер, ввернутый в нижнюю половину корпуса. Если давления за осевым компрессором нет, то мембрана отжимается пружиной вниз до упора в корпус. Под действием давления воздуха мембрана, преодолевая натяжение пружины, прогибается вверх и с помощью рычажной передачивызывает срабатывание микровыключателя, который выдает электрический сигнал для разрешения зажигания факела.
Настраивается реле на выдачу электрического сигнала при давлении воздуха 60 мм вод. ст., что соответствует частоте вращения вала ТВД (компрессора) 400-600 об./мин. РДВ-6 имеет пределы настройки от 40 до 200 мм вод. ст. Реле в состоянии выдерживать максимальное одностороннее давление 6 кгс/см2. При этом мембрана плотно прижимается к внутренней поверхности верхней части корпуса и таким образом предохраняется от разрушения.
Вопросы по автоматизации производственных процессов.
1. Погрешности результатов измерений и причины их появлений.
2. Измерение давлений и разрежений. Деформационные манометры.
3. Электрические манометры.
4. Принципы действия дистанционных манометров.
5. Измерение средней температуры нефти и нефтепродуктов в резервуарах.
6. Измерение расхода жидкости.
7. Измерение расхода пара и газа. Объемные расходомеры.
8. Расходомеры переменного давления.
9. Расходомеры постоянного перепада давлений.
10. Измерение уровня жидкости в ёмкостях и в скважинах. Виды и принципы работы уровнемеров.
11. Определение состава и характеристик газов.
12. Определение состава и характеристик нефти.
13. Реле, характеристика, виды.
14. Усилители. Характеристики, виды.
15. Исполнительные устройства. Характеристики, виды.
16. Основные понятия алгебры логики. Логические операции.
17. Системы автоматического управления.
18. Системы автоматического регулирования.
19. Прямые и обратные связи.
20. Разомкнутые и замкнутые системы автоматического управления.
21. Понятие устойчивых и неустойчивых систем автоматического регулирования.
22. Статические и динамические характеристики систем автоматического регулирования.
23. Типовые возмущающие воздействия.
24. Способы соединения типовых звеньев.
25. Критерии устойчивости.
26. Классификация автоматических регуляторов.
27. Регуляторы прямого действия.
28. Регуляторы непрямого действия.
29. Пневматические регуляторы.
30. Электрические регуляторы.
31. Гидравлические регуляторы.
32. Автоматический контроль работы нефтеперекачивающего агрегата насосной станции.
33. Автоматизация системы циркуляционной смазки насосных станций
34. Автоматизация системы охлаждения электродвигателей
35. Автоматизация системы приточно-вытяжной вентиляции.
36. Система регулирования нагнетателей.
37. Работа системы маслоснабжения ГТУ.
38. Принцип работы регулятора скорости ГТУ
39. Стопорный клапан.
40. Регулирующий клапан.
41. Противопомпажные клапаны. Задачи и принцип работы.
42. Предназначение и принцип работы реле осевого сдвига.
43. Регулятор скорости
44. Регулятор давления.
45. Реле давления воздуха.
22. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (С.Х,) СИСТЕМЫАВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
При исследовании систем автоматического регулирования принято рассматривать все ее элементы как в статике, так и в динамике.
Поведение элемента системы в статике иллюстрирует его статическая характеристика, которая представляет собой график зависимости выходной величины от входной в установившихся состояниях:
Xвых= f(Xвх)
Рис 1.Статические характеристики элементов САР
С.Х. может быть получена экспериментально. С этой целью следует изменять входную величину элемента от одного постоянного значения до другого. Через некоторое время его выходная величина также достигнет нового значения, т. е. наступит новое состояние равновесия. Проделав эту операцию несколько раз, можно зафиксировать несколько равновесных состояний. Каждому равновесному состоянию будет соответствовать точка на графике зависимости. Соединив эти точки, получим статическую харак-теристику элемента (рис. 1, а).
Элемент системы, обладающий линейной статической характеристикой (рис. 1, б), называется линейным, а элемент системы, обладающий нелинейной статической характеристикой (рис. 1, а, в), - нелинейным.
Системы автоматического регулирования, состоящие только из линейных элементов, называются линейными.
Системы автоматического регулирования, в состав которых входит хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными.
На практике, если это возможно, прибегают к линеаризации нелинейных статических характеристик, так как методы исследования линейных систем значительно проще методов исследования нелинейных систем.
Пусть, например, объект регулирования САР по отклонению имеет С.Х, показанную на рис. 1, а. Задача САР - поддержание регулируемого параметра Xвых на заданном значении Xвых, т. е. около точки А.
Так как в процессе регулирования отклонения регулируемого параметра от заданного значения невелики, такую нелинейную С.Х, можно заменить в окрестности точки А линейной, проведя касательную к кривой в этой точке.
В тех случаях, когда статическая характеристика элемента системы явля-ется существенно нелинейной (например, рис. 1, в) и линеаризация может привести к искажению физической сущности процесса, следует рассматривать систему как нелинейную. Динамические характеристики. Дифференциальное уравнение и передаточная функция.
Поведение элемента системы в динамике описывается дифференциальным уравнением. Линейные элементы описываются линейными дифференциальными уравнениями. Кроме того, используются такие понятия, как передаточная функция, частотные и временные характеристик и.
Выведем дифференциальное уравнение газосборного коллектора. При этом применим общепринятую методику, которая сводится к следующим этапам:
Рис 2. К выводу дифференциального уравнения газосборного кол-лектора.
1) составляется уравнение материального баланса для установившегося режима;
2) составляется уравнение, связывающее отклонение регулируемого пара-метра и величину материального небаланса в неустановившемся режиме;
3) составленные уравнения решаются совместно.
Предположим, что газосборный коллектор имеет небольшую длину и давление в нем может быть принято одинаковым, а приток газа – сосредото-ченным на входе.
Коллектор представим в виде сосредоточенной емкости и сопротивления (рис.2), причем сосредоточенную емкость примем равной объему газосборного коллектора, а сопротивление - равным потере давления в трубопроводе.
В этом случае линеаризованное уравнение материального баланса при малых отклонениях будет иметь вид: ΔQ2=K1·ΔPk (2)
где ΔQ2-отклонение массового расхода газа на выходе из коллектора; ΔPk- отклонение давления газа на входе в коллектор; K1- коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра газопровода, параметров газа и давления газа на выходе из коллектора.
В установившемся режиме общее количество газа Q20, уходящего из коллектора за время dt, равно количеству газа Q10, поступающему в коллектор за то же время, т. е.
(Q10 –Q20) dt=0 (3)
При нарушении установившегося режима по каким-либо причинам за промежуток времени dt произойдет приращение плотности газа на dρ, поскольку объем коллектора VK постоянен, т. е. (Q1-Q2) dt= Vk·g·dρk (4)
Вычитая (3) из (4), получим ΔQ1-ΔQ2= Vk·g·(dρk / dt)
Чтобы перейти от приращения плотности к приращению давления (регулируемого параметра), обратимся к уравнению газового состояния при θ= const.
Учитывая, что (ρk·g) /pk=(ρk0·g)/pk0, получим ρk=(ρk0 /pk0) ∙pk, или в приращениях Δρk=(ρk0 /pk0) ∙ Δ pk
Получим ΔQ1-ΔQ2 = Vk·g(ρk0 /pk0)·(d Δpk/ dt);
T1·(d Δpk/ dt)+k1 Δpk= ΔQ1, где T1= Vk·g(ρk0 /pk0)- это и есть дифференциальное уравнение газосборного коллектора.
23. ТИПОВЫЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ. ВРЕМЕННЫЕ И ЧАС-ТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Если известен закон изменения входной величины, то можно из решения дифференциального уравнения получить закон изменения выходной величины, т. е. характер переходного процесса. В реальных условиях изменения входных величин (возмущающие воздействия) могут иметь самый различный характер.
При исследовании динамики систем автоматического регулирования широко применяется такой искусственный прием: исследуется реакция отдельных элементов и систем на некоторые так называемые типовые возмущающие воздей-ствия, и на основании полученных результатов делаются выводы о свойствах этих элементов и систем. Для этой цели выбирают такие воздействия, которые отражают наиболее существенные особенности реальных возмущений. Тогда, зная реакцию элементов и систем на типовые возмущающие воздействия и представив реальные возмущения как сочетания таких типовых воздействий, можно предсказать характер переходных процессов в элементах и системах при реальных условиях.Рассмотрим типовые возмущающие воздействия.
Ступенчатая функция.
Рис. 1 Ступенчатые импульсные функции.
Это воздействие равно нулю при t < 0 и равно постоянному значению А при t ≥0 (рис. 1, а), т. е.
F(t)=0 при t < 0; F(t)=А при t ≥0
При А = 1 имеем так называемый единичный скачок (рис.1 б): F(t)=0 при t < 0; F(t)=1 при t ≥0 или f(t)=1(t)
Импульсная функция. Это воздействие можно трактовать как предел прямоугольного импульса, у которого высота H стремится к бесконечности, а время его действия Δt - к нулю, причем его площадь H∙ Δt постоянна и равна A (рис1,в.) При А = 1 имеем так называемый единичный импульс (рис. 1г) или δ- функцию
Импульсное воздействие можно рассматривать как производную от ступенчатого воздействия. Хотя ступенчатая функция не дифференцируема, путем предельного перехода на нее можно распространить понятие производной. Тогда δ(t)= dh(t)/ dtЗависимость изменения регулируемого параметра системы во времени при воздействии на нее единичного скачка называется переходной функцией и обозначается h(t).
Зависимость изменения регулируемого параметра системы во времени при воздействии на нее единичного импульса δ-функции называется весовой функцией и обозначается W(t). Переходная и весовая функции, называемые временными характеристиками, связаны между собой соотношением dh(t)/d(t)= ω(t)
Рис. 2 Переходная (а) и весовая (б) функции газосборного коллектора
Гармоническая функция. Этот вид воздействия подчиняется закону f(t)==Asinωt, или f(t) = Ае j ω t, где А - амплитуда; ω- круговая частота. Если на вход линейного элемента подать такое возмущение, то по истече-нии некоторого времени на его выходе также установится гармоническое изменение выходной величины с той же частотой, что и возмущающее воздействие на входе, но с другими амплитудами и фазой (рис. 3).
Рис.3. Гармонические функции.
При изменении частоты входного воздействия будут меняться амплитуда и фаза выходной величины. Это явление лежит в основе частотных методов исследования систем автоматического регулирования.
Введем некоторые понятия, используемые в частотных методах анализа САР.
Подадим на вход некоторого элемента САР гармоническое воздействие вида Xвх= Ае j ω t По истечении некоторого времени на выходе этого элемента установятся гармонические колебания вида Xвых= B∙ej(ωt+ φ)=B∙ejωt∙ejφ Пусть динамические свойства элемента описываются дифференциальным уравнением
T(dXвых/dt)+ Xвых=KXвх и далее продифференцируем:
(dXвых/dt)=jωBej(ωt+ φ) = jωBejωt∙ejφ, подставляя, получим T jωBej(ωt+ φ)+ Bej(ωt+ φ)=KAejωt откуда
K/(Tjω+1)=(B/A)ejφ
В этом соотношении выражение, стоящее слева от знака равенства, есть передаточная функция, в которой p заменено на jω. Величина W(jω)= K/(Tjω+1) называется амплитудно-фазовой характеристикой элемента.
При некотором фиксированном значении частоты со входного сигнала W(jω) представляет собой вектор с амплитудой В/А (ω) и фазой φ(ω). Изменяя ω от 0 до +∞, получим семейство векторов, а соединив концы этих векторов плавной кривой, - годограф амплитудно-фазовой характеристики (АФХ). При изменении ω от 0 до - ∞ получается зеркальное отображение этой кривой относительно вещественной оси, поэтому при практических расчетах ограничиваются положительными значениями ω.
Построим амплитудно-фазовую характеристику.
Рис. 4. Амплитудно-фазовая характеристика
Изменяя ω от 0 до ∞ получим АФХ, показанную на рис.4.
Функция P(ω) называется вещественной частотной характеристикой, а функция Q (ω) - мнимой частотной. Функция В/А(ω) амплитудно-частотной, а функция φ(ω) - фазо-частотной характеристиками. Таким образом, представив реальное возмущение сочетанием ступенчатого, импульсного и гармонического воздействий и зная передаточную функцию, переходную, весовую, амплитудно-фазовую харак-теристики системы, можно предсказать характер изменения регулируемого параметра (выходной величины) этой системы.