Газотурбинная установка как объект автоматизации

Основными задачами автоматизации регулирования и управления судовых ГТУ являются: поддержание на установившихся режимах заданных значений регулируемых параметров; переход с одного установившегося режима на другой в минимальное время без превышения допустимых значений параметров; пуск с выходом на режим минималь­ной частоты вращения (холостой ход) и остановка; защита от выхода параметров за допустимые пределы, аварийная и предупредительная сигнализация; дистанционное автоматизированное управление комп­лексами ГТУ — ВФШ или ГТУ — ВРШ.

В качестве примера рассмотрим работу схемы автоматизации комп­лекса ГТУ — ВРШ газотурбохода «Парижская коммуна» (рис. 7). Основным видом вспомогательной энергии системы управления, регу­лирования и защиты является сжатый воздух, поступающий к эле­ментам пневмоавтоматики от ТКВД25 через воздухоохладитель и фильтр. Принцип действия всех пневмоэлементов основан на компен­сации сил, действующих на их мембраны. Выходными звеньями пнев­моэлементов являются шариковые усилители мощности.

На валу 11 пульта управления закреплены четыре кулака. Два из них (одинакового профиля) воздействуют на пневмозадатчики 20 и 22 газа, предназначенные для управления двумя двигателями спарен­ной ГТУ. Через выходной штуцер 21 пневмозадатчика 20 сигнал подается в схему регулирования второго двигателя. От положения ку­лака, действующего на задатчик 22, зависит давление воздуха, подавае­мого на вход мембранного регулятора расхода топлива 24. Последний поддерживает заданное давление топлива перед форсунками 26. В зависимости от этого давления распределительным клапаном 25 меняется подача топлива к соплам форсунок, чем обеспечивается качественное сжигание топлива в камере 27 при различных нагрузках ГТУ.

Одновременно воздух от задатчика 22 подается в полость задания преобразователя 5 всережимного пневмогидравлического регулятора 22 частоты вращения ТКВД. Третий кулак распределительного вала 11 воздействует на пневмозадатчик 19 настройки всережимного регу­лятора частоты вращения винта 31 регулируемого шага.

Частоту вращения ВРШ регулируют изменением мощности турби­ны и компрессора низкого давления 29, а также изменением шага вин­та. Выходной вал ТКНД связан с датчиком частоты вращения (им­пеллером) 1 у нагнетающим масло под давлением в измерительную по­лость преобразователя 7. Выходной сигнал преобразователя в виде дав­ления воздуха поступает через усилитель импульса 3 в измерительную полость пропорционально-дифференциального блока 8. Выходное дав­ление блока 8 создает усилие на поршне задатчика шага 17. Это уси­лие, складываясь с силой действия пружины, на установившемся режиме уравновешивается силой действия давления от задатчика 19. Поршень неподвижен, а его выходной шток через шестеренный привод удерживает в определенном положении электрический задатчик шага 18. По сигналу от задатчика 18 механизм 30 изменения шага удержива­ет лопасти винта в заданном положении.

При изменении нагрузки на ВРШ изменяется частота его вращения, а по сигналу от импеллера 1 действуют звенья 3, 7, 8 и меняется дав­ление в левой полости задатчика шага 17. В нем нарушается равновесие сил и воздействие, направленное в сторону его восстановления, пере­дается через задатчик 18 на механизм 30. Так, при оголении ВРШ в штормовых условиях выдвигается шток задатчика 17 и увеличивается шаг винта. С ростом нагрузки регулятор оказывает обратное действие, т.е. изменением разворота лопастей ВРШ стабилизирует заданную частоту вращения в пределах своей неравномерности.

Применение пропорционально-дифференциального блока 8 и уси­лителя 3 импульса позволяет увеличить быстродействие системы бла­годаря тому, что регулятор реагирует не только на изменение, но и на ускорение частоты вращения ВРШ. Одновременно при изменении часто­ты вращения по сигналам от импеллера 1 через ограничительный регу­лятор 4 частоты вращения ТКНД, выходной сигнал которого в виде давления воздуха подается на регулятор расхода топлива 24 изменяет­ся топливоподача. Аналогично по сигналу от импеллера 2 через преоб­разователи 6 и 5 ограничительного регулятора передается воздействие на регулятор расхода топлива 24 в случае изменения частоты вращения ТКВД 28.

При среднем положении кулачкового вала 11 газотурбинная установка работает на холостых оборотах, а лопасти ВРШ находятся в нулевом положении. Мощность установки и скоростной режим дви­жения судна изменяют из ЦПУ воздействием на рукоятку 9 «Винт — газ», механически связанную с кулачковым валом 11. С разворотом ва­ла через кулаки воздействие передается на задатчики частоты вращения ,

19, 20 и 22, а через кулак задания шага (коноид) 16 — на задатчик шага 17. При этом регулируется подача топлива и изменяется шаг вин­та в рассмотренной последовательности. Дистанционное воздействие на кулачковый вал производится из рулевой рубки с помощью элект­ромеханической связи, состоящей из датчика команд 12 и электропри­вода 10.

Введение блока коррекции по ускорению частоты вращения ТКНД 8 и усилителя импульса 3 позволяет также уменьшить вероятность воз­никновения помпажных явлений компрессоров при изменении режимов работы установки на средних и малых ходах. С этой целью установлены клапан 13 подачи воздуха с баллоном 14, обеспечивающие задержку перекладки лопастей ВРШ при установке кулачкового вала в положе­ние «Стоп» (холостого хода) либо при прохождении кулачкового вала через это положение.

Корректировать шаг ВРШ можно вручную маховиком 15, а подачу топлива — задатчиком 23. При статической настройке звеньев системы изменяют предварительное затяжение подстроечных пружин блоков, а при динамической — проходные сечения дроссельных клапанов на импульсных магистралях.

 

 

 

Рисунок 7 – Схема ДАУ комплекса ГТУ — ВРШ газотурбохода «Парижская коммуна».