Патент на изобретение №2341670

(54) ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области регулирования газотурбинных установок для выработки электроэнергии. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является создание дополнительного канала регулирования газотурбинной установки в виде технологической нагрузки с регулируемой потребляемой мощностью, что позволит обеспечить устойчивую работу двигателя на холостом ходу и при сбросах и набросах нагрузки. Заявляемый технический результат достигается тем, что газотурбинная установка для выработки электроэнергии включает газотурбинный двигатель с дозатором топлива и датчиком оборотов, турбогенератор, соединенный с внешней сетью и приводимый двигателем, и систему автоматизированного управления газотурбинной установкой. Система автоматизированного управления газотурбинной установкой содержит регулятор двигателя, выход которого связан дозатором топлива двигателя, а вход – с датчиком оборотов двигателя. Газотурбинная установка снабжена технологической нагрузкой и регулятором ее уровня. Система автоматизированного управления снабжена регулятором турбогенератора и регулятором технологической нагрузки. Выход технологической нагрузки через ее регулятор и регулятор турбогенератора подключен к входу турбогенератора, выход которого подключен к входу технологической нагрузки и к входу регулятора турбогенератора. Вход регулятора уровня технологической нагрузки соединен с выходом регулятора технологической нагрузки в системе автоматизированного управления, а выход регулятора уровня технологической нагрузки – с входом технологической нагрузки. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области регулирования газотурбинных установок для выработки электроэнергии.

Известна газотурбинная установка для выработки электроэнергии, содержащая газотурбинный двигатель, электрогенератор, регулятор активной нагрузки генератора и контур регулирования скорости генератора, сумматор-усилитель и топливорегулирующий клапан. В контур регулирования скорости генератора подают корректирующий импульс, получаемый как разность между импульсами, характеризующими выходную скорость турбокомпрессора и активную нагрузку генератора. Вслед за изменением нагрузки генератора происходит перемещение топливорегулирующего клапана (описание изобретения к авторскому свидетельству № 196486, МПК F02С, заявл. 28.04.66 г., опубл. 1968 г.).

Также известна газотурбинная установка для выработки электроэнергии, включающая газотурбинный двигатель с дозатором топлива и датчиком оборотов, соединенный с внешней сетью, генератор, приводимый двигателем, и систему автоматизированного управления газотурбинной установкой. Система управления газотурбинной установкой содержит регулятор двигателя, выход которого связан с дозатором топлива двигателя, а вход – с датчиком оборотов двигателя (описание изобретения к авторскому свидетельству № 346712, МПК G05D 13/34, заявл. 25.03.70 г., опубл. 28.07.72 г.).

К недостаткам известных газотурбинных установок для выработки электроэнергии относится то, что при их использовании в автономных сетях (единая сеть, в которой снабжение электричеством осуществляется ограниченным числом равномощных агрегатов) из-за подключения или отключения мощных потребителей (сбросы и набросы нагрузки) или при аварийной ситуации в сетях потребителя, требующих отключения генератора от сети, невозможно полностью исключить аварийную остановку двигателя из-за недопустимой раскрутки ротора силовой турбины. Основной причиной этого является наличие только одного канала регулирования – регулирование подачи топлива.

Кроме того, при использовании двигателей с силовой турбиной, приводящих турбогенератор через редуктор или по безредукторной схеме, для поддержания оборотов вала турбогенератора (не более 3000 об./мин) на холостом ходу требуются очень малые мощности, что выводит двигатель на режим с очень малыми запасами газодинамической устойчивости. В результате наброс нагрузки должен производиться медленно, а в случае несанкционированно резких набросов происходит останов двигателя, что существенно снижает эксплуатационные качества газотурбинной установки, особенно в условиях обеспечения электроэнергией опасных технологических процессов. При повышенных давлениях и температуре атмосферного воздуха иногда становится вообще невозможным запустить такой двигатель.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является создание дополнительного канала регулирования газотурбинной установки в виде технологической нагрузки с регулируемой потребляемой мощностью, что позволит обеспечить устойчивую работу двигателя на холостом ходу и при сбросах и набросах нагрузки.

Заявляемый технический результат достигается тем, что газотурбинная установка для выработки электроэнергии включает газотурбинный двигатель с дозатором топлива и датчиком оборотов, турбогенератор, соединенный с внешней сетью и приводимый двигателем, и систему автоматизированного управления газотурбинной установкой. Система автоматизированного управления газотурбинной установкой содержит регулятор двигателя, выход которого связан c дозатором топлива двигателя, а вход – с датчиком оборотов двигателя.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что газотурбинная установка снабжена технологической нагрузкой и регулятором ее уровня. Система автоматизированного управления снабжена регулятором турбогенератора и регулятором технологической нагрузки. Выход технологической нагрузки через ее регулятор и регулятор турбогенератора подключен ко входу турбогенератора, выход которого подключен ко входу технологической нагрузки и ко входу регулятора турбогенератора. Вход регулятора уровня технологической нагрузки соединен с выходом регулятора технологической нагрузки в системе автоматизированного управления, а выход регулятора уровня технологической нагрузки – с входом технологической нагрузки.

На прилагаемом чертеже изображена схема заявляемой газотурбинной установки для выработки электроэнергии.

Газотурбинная установка для выработки электроэнергии включает газотурбинный двигатель 1 с дозатором 2 топлива и датчиком 3 оборотов, турбогенератор 4, соединенный с внешней сетью 5 и приводимый двигателем 1. Установка включает также систему автоматизированного управления (САУ), содержащую регулятор 6 двигателя 1, выход 7 которого связан с дозатором 2 топлива двигателя 1, а вход 8 – с датчиком оборотов двигателя 1.

Кроме того, газотурбинная установка снабжена технологической нагрузкой 9 и регулятором 10 ее уровня. САУ снабжена регулятором 11 турбогенератора 4 и регулятором технологической нагрузки 12. Выход 13 технологической нагрузки 9 через ее регулятор 12 и регулятор 11 турбогенератора 4 подключен к входу 14 турбогенератора 4, выход 15 которого подключен ко входу 16 технологической нагрузки 9 и к входу 17 регулятора 11 турбогенератора 4. Вход регулятора 10 уровня технологической нагрузки 9 соединен с выходом 18 регулятора 12 технологической нагрузки 9 в САУ, а выход 19 регулятора 10 уровня технологической нагрузки 9 – с входом 20 технологической нагрузки 9.

Газотурбинная установка работает следующим образом.

Производят запуск двигателя 1 по программе, реализованной в регуляторе 6. В процессе выхода на режим холостого хода к турбогенератору 4 с помощью регулятора 12 технологической нагрузки 9 подключают технологическую нагрузку 9, а с помощью регулятора 10 уровня нагрузки 9 до входа во внешнюю сеть 5 медленно повышают величину нагрузки 9 до значения, обеспечивающего устойчивый режим турбокомпрессора двигателя 1. По команде оператора после синхронизации генератора 4 с внешней сетью 5 с помощью регулятора 11 турбогенератора 4 входят во внешнюю сеть 5 и по мере увеличения нагрузки во внешней сети 5 регулятор 10 уровня технологической нагрузки 9 уменьшает ее значение, сохраняя суммарное значение нагрузки генератора, равной или большей величине, обеспечивающей устойчивый режим холостого хода. При сбросах нагрузки, в том числе при полных выходах из сети 5, устойчивый режим холостого хода также обеспечивается подключением технологической нагрузки 9, имеющей необходимую величину. Одновременно с этим регулятор 11 турбогенератора 4 поддерживает необходимое напряжение во внешней сети 5, а регулятор 6 двигателя 1 соответствующим изменением расхода топлива через дозатор 2 (изменением положения дозирующей иглы дозатора 2) – необходимую частоту тока (частоту вращения приводного ротора турбогенератора 4, контролируемую по датчику 3).

Формула изобретения

Газотурбинная установка для выработки электроэнергии, включающая газотурбинный двигатель с дозатором топлива и датчиком оборотов, турбогенератор, соединенный с внешней сетью и приводимый двигателем, систему автоматизированного управления газотурбинной установкой, содержащую регулятор двигателя, выход которого связан c дозатором топлива двигателя, а вход – с датчиком оборотов двигателя, отличающаяся тем, что газотурбинная установка снабжена технологической нагрузкой и регулятором ее уровня, система автоматизированного управления снабжена регулятором турбогенератора и регулятором технологической нагрузки, при этом выход технологической нагрузки через ее регулятор и регулятор турбогенератора подключен к входу турбогенератора, выход которого подключен к входу технологической нагрузки и к входу регулятора турбогенератора, вход регулятора уровня технологической нагрузки соединен с выходом регулятора технологической нагрузки в системе автоматизированного управления, а выход регулятора уровня технологической нагрузки – с входом технологической нагрузки.

РИСУНКИ