RU2316665C1 - Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine - Google Patents

Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2316665C1
RU2316665C1 RU2006114528/06A RU2006114528A RU2316665C1 RU 2316665 C1 RU2316665 C1 RU 2316665C1 RU 2006114528/06 A RU2006114528/06 A RU 2006114528/06A RU 2006114528 A RU2006114528 A RU 2006114528A RU 2316665 C1 RU2316665 C1 RU 2316665C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
gas
power
speed
power turbine
Prior art date
Application number
RU2006114528/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006114528A (en
Inventor
Константин Петрович Кучевасов (RU)
Константин Петрович Кучевасов
Алексей Николаевич Саженков (RU)
Алексей Николаевич Саженков
Юрий Иванович Тимкин (RU)
Юрий Иванович Тимкин
Юрий Абрамович Трубников (RU)
Юрий Абрамович Трубников
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU2006114528/06A priority Critical patent/RU2316665C1/en
Publication of RU2006114528A publication Critical patent/RU2006114528A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2316665C1 publication Critical patent/RU2316665C1/en

Links

Landscapes

  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-turbine plants.
SUBSTANCE: invention relates to control systems of gas-turbine plants, namely, to protection systems of gas-turbine plants used for mechanical drive and drive of electric generator to protect them against dangerous overspeeding of free power turbine. According to proposed method of protection of gas-turbine plant from overspeeding of power turbine at abrupt drop of load including measurement of speed
Figure 00000007
of power turbine, determining its first time derivative
Figure 00000008
and gas generator speed
Figure 00000009
reduced to air temperature
Figure 00000010
at plant input, forming of limiting values
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
and comparing them with
Figure 00000014
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
, respectively, at
Figure 00000015
Figure 00000016
and
Figure 00000017
bypassing of gas into atmosphere after gas generator turbine is provided. At fulfilling of condition
Figure 00000018
Figure 00000016
and
Figure 00000017
, bypassing of gas after gas generator turbine into atmosphere is provided bypassing power turbine by means of gas bypass valves. Thanks to it reduction of energy supply to power turbine and counteraction of overspeeding
Figure 00000007
is provided. Moreover, value
Figure 00000019
is found from formula
Figure 00000020
where
Figure 00000021
is setting value of power turbine speed and
Figure 00000022
where
Figure 00000023
is static error of power turbine speed control of gas-turbine plant. Value
Figure 00000019
is obtained experimentally at changing over of gas-turbine plant loads comparable with power in supply networks at operation in parallel with "infinite" power network. Setting value of speed
Figure 00000024
of gas-turbine plant is required to maintain said power. Constant
Figure 00000025
providing required reserve for preventing false operation should be 5-7 times greater than static error of speed
Figure 00000026
of power turbine of gas-turbine plant being approximately 60-100 rpm.
EFFECT: improved reliability, increased service life and safety of gas-turbine plant.
1 dwg

Description

Изобретение относится к системам управления газотурбинных установок, а именно к системам защиты газотурбинных установок для механического привода и привода электрогенератора от опасных забросов частоты вращения (раскрутки) свободной силовой турбины.The invention relates to control systems for gas turbine units, and in particular to systems for protecting gas turbine units for a mechanical drive and drive an electric generator from dangerous overruns of the rotational speed (spin) of a free power turbine.

Известен однопараметрический способ защиты газотурбинной установки (ГТУ) от раскрутки силовой турбины по физическому значению частоты вращения силовой турбины nст, заключающийся в измерении величины nст, формировании первого и второго предельных значений частот nст, сравнении nст с первым предельным значением и при превышении nст первого предельного значения выдаче оператору информационно-предупредительного сигнала для принятия мер по устранению заброса. Затем осуществляли сравнение nст с вторым предельным значением и полностью прекращали подачу топлива в камеру сгорания ГТУ (аварийный останов, Gт=0) при превышении nст второго предельного значения частоты nст [«Функциональный модуль управления расходом топлива Series 5 центробежных и осевых компрессоров», Документ UM5421 (0.2.0), компания «Compressor Control Corporation», США, 2000, с.95...96].There is a one-parameter method for protecting a gas turbine installation (GTU) from spinning a power turbine according to the physical value of the rotation speed of a power turbine n st , which consists in measuring the value of n st , forming the first and second frequency limit values n st , comparing n st with the first limit value and when exceeding n article of the first limit value to give the operator an informational warning signal for taking measures to eliminate the casting. Then compares the n article with a second limit value and completely stops the supply of fuel to the combustion chamber gas turbine (emergency stop, G t = 0) when exceeding n st second limit frequency values n v [ "Functional fuel management module Series 5 centrifugal and axial compressors ", Document UM5421 (0.2.0), Compressor Control Corporation, USA, 2000, p. 95 ... 96].

Недостатком известного способа является возможность необоснованного выключения ГТУ, например, при сбросе нагрузки и кратковременном забросе nст, что приводит к перебоям в выработке электроэнергии, необходимости переключения ГТУ на другие источники энергии.The disadvantage of this method is the possibility of unjustified shutdown of the gas turbine, for example, during load shedding and short-term throwing n st , which leads to interruptions in the generation of electricity, the need to switch gas turbines to other energy sources.

Известны также способы предотвращения раскрутки силовой турбины ГТУ, которые предусматривают измерение частоты вращения силовой турбины nст и определение первой производной по времени

Figure 00000027
, уменьшение расхода топлива Gт в камеру сгорания ГТУ или кратковременный останов подачи топлива в зависимости от мощности, снимаемой с вала силовой турбины, или по наличию упреждающего сигнала о внезапном сбросе нагрузки [Патент США №5609465, F01D 17/06, 1997 г. Патент РФ №2225945, 7 F02С 9/46, 2002].There are also known methods of preventing the promotion of a GTU power turbine, which include measuring the speed of a power turbine n st and determining the first time derivative
Figure 00000027
, a decrease in fuel consumption G t in the gas turbine combustion chamber or a short-term shutdown of the fuel supply depending on the power taken from the shaft of the power turbine, or by the presence of a pre-emptive signal about the sudden load shedding [US Patent No. 5609465, F01D 17/06, 1997 Patent RF №2225945, 7 F02С 9/46, 2002].

Однако указанные способы защиты при неблагоприятном сочетании эксплуатационных факторов и конструктивных особенностей ГТУ могут не обеспечить своевременную и надежную защиту силовой турбины от раскрутки в ситуации, когда частоты вращения силовой турбины nст и турбины газогенератора ГТУ nгг имеют максимальные значения и используется относительно «быстроходная» конструкция свободной силовой турбины (nст≥5000...7000 об/мин и более, вместо типовых 3000 об/мин). При этом происходит внезапное полное отключение нагрузки с вала силовой турбины, а упреждающий сигнал о сбросе нагрузки отсутствует.However, these protection methods with an unfavorable combination of operational factors and design features of a gas turbine may not provide timely and reliable protection of a power turbine from spinning in a situation where the rotational speeds of a power turbine n st and a gas turbine of a gas turbine generator n g have maximum values and a relatively “high-speed” design is used free power turbine (n st ≥5000 ... 7000 rpm or more, instead of typical 3000 rpm). In this case, a sudden complete disconnection of the load from the shaft of the power turbine occurs, and there is no pre-emptive signal about the load shedding.

Негативными последствиями возможных забросов nст может стать автоматическое отключение электрогенератора от потребителя или механическое разрушение силовой турбины и нелокализованная поломка ГТУ, и как следствие, повреждение дорогостоящего оборудования.Negative consequences of possible casting item n can be automatic shutdown of the electric consumer or mechanical failure of the power turbine and gas turbine nonlocalized breakage, and as a result, damage to expensive equipment.

Другой известный способ управления газотурбинного двигателя учитывает режим работы и динамическое состояние его параметров и предусматривает измерение частоты вращения вращающегося узла двигателя (частоты вращения ротора газогенератора), формирование первого порогового значения, которое изменяется в зависимости от первой производной частоты вращения узла в определенном диапазоне. При этом, если фактическая частота вращения превышает не только первое, но и второе пороговое значение, которое больше первого, делают вывод о наличии «заброса» частоты вращения ротора газогенератора. После обнаружения заброса частоты расход топлива Gт в двигатель уменьшают путем изменения электрического тока в приводе топливного клапана по аналоговой схеме [Патент США №6321525 В1, F02C 9/28, 2001].Another known method for controlling a gas turbine engine takes into account the operating mode and the dynamic state of its parameters and provides for measuring the rotational speed of the rotating engine assembly (rotor speed of the gas generator), generating a first threshold value that varies depending on the first derivative of the rotational speed of the assembly in a certain range. Moreover, if the actual speed exceeds not only the first, but also the second threshold value, which is greater than the first, they conclude that there is a “cast” of the rotational speed of the gas generator rotor. After detecting a frequency overshoot, the fuel consumption G t in the engine is reduced by changing the electric current in the fuel valve actuator according to an analogous circuit [US Patent No. 6321525 B1, F02C 9/28, 2001].

Однако при полном сбросе нагрузки указанный способ защиты также может не обеспечить надежную и своевременную защиту силовой турбины от раскрутки из-за недостаточного быстродействия, характерного для аналоговой схемы управления топливным краном. Так, в схемах регулирования подобного типа время полного перемещения дозатора топлива от максимального до минимального положения составляет Δт=1...1,5 секунды, что может оказаться недостаточным для парирования заброса nст в ситуации, когда темп увеличения nст до предельных значений nст существенно превышает возможный темп снижения подвода энергии (режима газогенератора).However, with a complete load shedding, this protection method may also not provide reliable and timely protection of the power turbine against unwinding due to the insufficient speed characteristic of the analog fuel valve control circuit. So, in control schemes of this type, the time of complete movement of the fuel dispenser from the maximum to the minimum position is Δt = 1 ... 1.5 seconds, which may not be sufficient to counter the casting n st in a situation where the rate of increase of n st to limit values n St significantly exceeds the possible rate of decrease in energy supply (gas generator mode).

Наиболее близким к заявляемому является способ предотвращения раскрутки силовой турбины, заключающийся в измерении частоты вращения силовой турбины nст и первой производной частоты nст

Figure 00000028
, приведенной частоты вращения ротора газогенератора ГТУ nггпр, а также сигнала о сбросе нагрузки, формировании соответствующих пороговых значений параметров nст,
Figure 00000029
и nггпр, сравнении параметров nст,
Figure 00000030
и nггпр с их соответствующими пороговыми значениями, а при одновременном поступлении сигнала о превышении величины параметра nггпр над его пороговым значением (признак «высокого» режима работы) и сигнала о сбросе нагрузки, подают команду на отключение (полную отсечку) расхода топлива Gт в двигатель и включение агрегата зажигания на заданное время. После снижения частотных параметров ГТУ ниже соответствующих пороговых значений подают сигнал на включение подачи топлива в камеру сгорания [Патент РФ №2225945, F 02 С 9/46, 2004].Closest to the claimed is a method of preventing the promotion of a power turbine, which consists in measuring the frequency of rotation of the power turbine n st and the first derivative of the frequency n st
Figure 00000028
the reduced rotational speed of the rotor of the gas generator of gas turbine engine n ggpr , as well as the signal about load shedding, the formation of the corresponding threshold values of the parameters n st ,
Figure 00000029
and n ggpr , comparing the parameters of n article ,
Figure 00000030
and n ggr with their corresponding threshold values, and when a signal is received simultaneously that the value of the parameter n ggr exceeds its threshold value (a sign of a "high" mode of operation) and a signal about load shedding, a command is sent to turn off (full cut-off) the fuel consumption GT in the engine and the inclusion of the ignition unit for a given time. After reducing the frequency parameters of the gas turbine below the corresponding threshold values, a signal is sent to turn on the fuel supply to the combustion chamber [RF Patent No. 2225945, F 02 С 9/46, 2004].

Однако в процессе работы ГТУ возможно несанкционированное отключение подачи топлива при внутренних и (или) внешних случайных воздействиях на устройство защиты, например, при штатном наличии признака «высокого» режима работы и ложном появлении сигнала сброса нагрузки (из-за наведенных электромагнитных помех или отказа входного узла, регистрирующего команду о сбросе нагрузки).However, during the operation of the gas turbine, an unauthorized shutdown of the fuel supply during internal and (or) external accidental influences on the protection device is possible, for example, if there is a regular indication of a “high” mode of operation and a false load shedding signal appears (due to induced electromagnetic interference or input failure node registering the load shedding command).

При кратковременной отсечке топлива и последующем восстановлении режима работы ГТУ наблюдаются значительные градиенты измерения термогазодинамических нагрузок на камеру сгорания и турбину газогенератора, следствием чего является ускоренная выработка ресурса ГТУ.With a short-term fuel cut-off and the subsequent restoration of the gas turbine operation mode, significant gradients of measuring thermogasdynamic loads on the combustion chamber and gas generator turbine are observed, which results in accelerated generation of gas turbine resource.

Последствиями упомянутых выше недостатков являются перебои в выработке электроэнергии, повышенная теплопередача на силовой турбине и, как следствие, низкая надежность, ресурс и эксплуатационная безопасность ГТУ.The consequences of the above disadvantages are interruptions in the generation of electricity, increased heat transfer on the power turbine and, as a result, low reliability, resource and operational safety of gas turbines.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности, ресурса и эксплуатационной безопасности газотурбинной установки путем уменьшения теплоперепада на силовой турбине и устранения ее раскрутки за счет своевременного перепуска части газов, выходящих из турбины газогенератора, в атмосферу, минуя силовую турбину, с помощью клапанов перепуска газов.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability, resource and operational safety of a gas turbine installation by reducing heat transfer on a power turbine and eliminating its promotion by timely transfer of part of the gases leaving the gas generator turbine to the atmosphere, bypassing the power turbine, using bypass valves gases.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе защиты газотурбинной установки от раскрутки силовой турбины при внезапном сбросе нагрузки, включающем измерение частоты вращения силовой турбины nст, определение ее первой производной по времени

Figure 00000030
и приведенной по температуре воздуха на входе установки Твх частоты вращения газогенератора nггпр, формирование предельных значений nггпрпред, nстпред,
Figure 00000031
и сравнение их с nггпр, nст,
Figure 00000030
соответственно, согласно изобретению при nггпр>nггпрпред, nст>nстпред и
Figure 00000027
>
Figure 00000031
осуществляют перепуск газа за турбиной газогенератора в атмосферу.The essence of the invention lies in the fact that in a method of protecting a gas turbine installation from spinning a power turbine during a sudden load shedding, including measuring the speed of a power turbine n st , determining its first time derivative
Figure 00000030
and given the air temperature at the inlet of the installation T I gas generator speed n gpr , the formation of limit values n gpr before , n st before ,
Figure 00000031
and comparing them with n ggpr , n article ,
Figure 00000030
respectively, according to the invention when n ggpr> n ggpr before, n v> n and v prev
Figure 00000027
>
Figure 00000031
carry out gas bypassing the gas generator turbine into the atmosphere.

При выполнении условия nггпр>nггпрпред, nст>nстпред и

Figure 00000027
>
Figure 00000031
осуществляют перепуск газа за турбиной газогенератора в атмосферу, минуя силовую турбину с помощью клапанов перепуска газов. Тем самым обеспечивается уменьшение подвода энергии к силовой турбине и парирование «заброса» nст.If the condition is met n gpr > n gpr before , n st > n st before and
Figure 00000027
>
Figure 00000031
carry out gas bypassing the gas generator turbine into the atmosphere, bypassing the power turbine using gas bypass valves. This ensures a reduction in the supply of energy to the power turbine and parry "cast" n Art .

Кроме того, величину nстпред определяют по формуле nстпред=nстуст+Δ, где nстуст - уставочное значение частоты вращения силовой турбины, а Δ≥(5-7) δnст, где δnст - статическая погрешность регулирования частоты вращения силовой турбины газотурбинной установки. Величина nстпред получена опытным путем при переключениях сравнимых с мощностью ГТУ нагрузок в электрических сетях при работе в параллель с сетью «бесконечной» мощности.In addition, the value of n st pre is determined by the formula n st pre = n st mouth + Δ, where n st mouth is the reference value of the rotational speed of the power turbine, and Δ≥ (5-7) δn st , where δn st is the static control error frequency of rotation of a power turbine of a gas turbine installation. The value of n st before obtained experimentally when switching loads comparable to the capacity of gas turbine in electrical networks when working in parallel with a network of "infinite" power.

Уставочное значение частоты вращения силовой турбины ГТУ nстуст необходимо поддерживать для обеспечения требуемой мощности. Константа Δ, обеспечивающая требуемый запас на исключение ложного срабатывания, должна не менее чем в 5...7 раз превышать статическую погрешность регулирования частоты вращения силовой турбины ГТУ nст (δnст) и составлять ≈60...100 об/мин.The setpoint value of the rotational speed of a power turbine of a gas turbine unit, n st., Must be maintained to ensure the required power. The constant Δ, which provides the required margin for eliminating false alarms, must be no less than 5 ... 7 times the static error in regulating the speed of a GTU power turbine n st (δn st ) and be ≈60 ... 100 rpm.

В случае, если Δ<(5-7) δnст может наблюдаться колебательный процесс из-за снижения nст ниже nстуст и последующего восстановления величины nст до nстуст с целью поддержания заданной мощности.If Δ <(5-7) δn st , an oscillatory process can be observed due to a decrease in n st below n st mouth and the subsequent restoration of n st to n st mouth in order to maintain a given power.

Повышение надежности и эксплуатационной безопасности ГТУ обеспечивается за счет исключения несанкционированной раскрутки силовой турбины и осуществления режима плавного снижения теплоперепада на силовой турбине без «термошока», характерного для способа-прототипа.Improving the reliability and operational safety of a gas turbine is ensured by eliminating the unauthorized promotion of a power turbine and implementing a mode of smooth reduction of heat drop on a power turbine without the “thermal shock” characteristic of the prototype method.

На фигуре показан продольный разрез ГТУ с блок-схемой, иллюстрирующей порядок осуществления заявляемого способа.The figure shows a longitudinal section of a gas turbine with a flowchart illustrating the implementation of the proposed method.

Блок 1 - датчик измерения температуры воздуха Твх на входе в ГТУ.Block 1 - a sensor measuring air temperature T I at the entrance to the gas turbine.

Блок 2 - датчик измерения частоты вращения ротора газогенератора nгг.Block 2 - a sensor for measuring the rotational speed of the rotor of the gas generator n gg .

В качестве датчика измерения nгг могут использоваться индукционные датчики типа ДЧВ-2500А или любого другого типа, обеспечивающие точность измерения на уровне 0,01...0,1%.Induction sensors of the ДЧВ-2500А type or of any other type, providing the measurement accuracy at the level of 0.01 ... 0.1% , can be used as a measurement sensor n g.

Блок 3 - арифметическое устройство, на вход которого поступают сигналы о величине nгг и Твх. На основе информации о величинах nгг и Твх в блоке 3 вычисляется приведенная частота вращения ротора газогенератора ГТУ:Block 3 - arithmetic device, the input of which receives signals about the value of n g and T I. Based on information about the values of n and gg T in is calculated in unit 3 reduced rotor speed gasifier GTP:

Figure 00000032
Figure 00000032

Блок 4 - блок формирования предельного значения приведенной частоты вращения ротора газогенератора ГТУ nггпрпред.Block 4 - block forming the limit value of the reduced rotational speed of the rotor of the gas generator GTU n gpr before .

Блок 5 - компаратор, в котором выполняется сравнение nггпр с nггпрпред.Block 5 - a comparator, in which the comparison n ngpr with n gpr before .

Функциональное назначение блока заключается в том, чтобы исключить открытие клапана перепуска газов на «низких» режимах работы газогенератора ГТУ, когда в этом нет необходимости, т.к. парирование заброса nст удовлетворительно обеспечивается известным способом путем уменьшения подачи топлива в камеру сгорания газогенератора. Величину nггпрпред устанавливают ниже nггпр для номинального режима работы ГТУ. При nггпр>nггпрпред на выходе компаратора 5 формируется первый логический сигнал высокого уровня I1=1.The functional purpose of the unit is to exclude the opening of the gas bypass valve at the “low” operating modes of the gas turbine generator, when this is not necessary, because the rejection of the casting n st is satisfactorily provided in a known manner by reducing the fuel supply to the combustion chamber of the gas generator. The value of n ggr pre is set below n ggr for the nominal operating mode of the gas turbine. When n ggpr > n ggpr before the output of the comparator 5, the first high-level logical signal I 1 = 1 is formed.

Блок 6 - датчик измерения частоты вращения nст силовой турбины ГТУ. В качестве датчика измерения nст могут использоваться индукционные датчики типа ДЧВ-2500А или любого другого типа, обеспечивающие точность измерения на уровне ±0,1%.Block 6 - a sensor for measuring the rotational speed n st power turbine GTU. Induction sensors of the ДЧВ-2500А type or of any other type, providing the measurement accuracy at the level of ± 0.1%, can be used as a measurement sensor n st .

Блок 7 - дифференциатор, в котором осуществляется вычисление первой производной по времени параметра nст (nст).Block 7 is a differentiator in which the first time derivative of the parameter n st (n st ) is calculated.

Блок 8 - блок формирования предельного значения первой производной по времени

Figure 00000027
(
Figure 00000031
). Величина
Figure 00000031
задается с учетом быстродействия открытия клапанов перепуска газов для газодинамического парирования «заброса» nст. В общем случае величина
Figure 00000031
может быть константой, например
Figure 00000031
=600...700 об/мин за 1 секунду и более, или функцией режима работы ГТУ, т.е. может зависеть от частоты вращения газогенератора nгг или величины снижения потребляемой мощности Р.Block 8 - block forming the limit value of the first time derivative
Figure 00000027
(
Figure 00000031
) Value
Figure 00000031
is set taking into account the speed of opening the gas bypass valves for gas-dynamic parry "cast" n Art . In the general case, the value
Figure 00000031
may be a constant for example
Figure 00000031
= 600 ... 700 rpm for 1 second or more, or a function of the operation mode of a gas turbine, i.e. may depend on the speed of the gas generator n g or the magnitude of the reduction in power consumption R.

Блок 9 - компаратор, в котором выполняется сравнение

Figure 00000027
с
Figure 00000031
. При
Figure 00000027
>
Figure 00000031
на выходе компаратора формируется второй логический сигнал высокого уровня I2=1.Block 9 - a comparator in which the comparison is performed
Figure 00000027
from
Figure 00000031
. At
Figure 00000027
>
Figure 00000031
at the output of the comparator, a second high-level logic signal I 2 = 1 is formed.

Блок 10 - блок формирования предельного значения частоты вращения nст (nстпред). Функциональное назначение блока состоит в том, чтобы исключить ложные срабатывания при кратковременных «забросах» первой производной частоты турбины, вызванных типовыми сбросами нагрузки (штатной перекоммутацией в электрических сетях), при которых величина

Figure 00000027
может кратковременно (на Δт=0,01...0,05 с) достигать значений 600...700 об/мин за 1 секунду.Block 10 - block forming the limit value of the rotational speed n st (n st before ). The functional purpose of the unit is to exclude false alarms during short-term “drops” of the first derivative of the turbine frequency caused by typical load shedding (regular switching in electrical networks), at which the value
Figure 00000027
can shortly (at Δt = 0.01 ... 0.05 s) reach values of 600 ... 700 rpm in 1 second.

Блок 11 - компаратор, в котором выполняется сравнение nст с nстпред. При nст>nстпред на выходе компаратора формируется третий логический сигнал высокого уровня I3=1.Block 11 is a comparator in which the comparison of n st with n st before . When n st > n st before the output of the comparator, a third high-level logic signal I 3 = 1 is formed.

Блок 12 - логическое устройство И, имеет три входа и один выход. На первый вход блока 12 поступает логический сигнал I1, на второй вход - логический сигнал I2, на третий - логический сигнал I3. При одновременном наличии на трех входах блока 12 сигналов I1=1, I2=1 и I3=1 на выходе блока 12 формируется логический сигнал I4=1, который подается на вход блока 13 и обеспечивает открытие клапанов перепуска газа за турбиной газогенератора ГТУ.Block 12 is a logical device AND has three inputs and one output. The first input of block 12 receives a logical signal I 1 , the second input - a logical signal I 2 , and the third - a logical signal I 3 . With the simultaneous presence of signals I 1 = 1, I 2 = 1 and I 3 = 1 at the three inputs of block 12, a logical signal I 4 = 1 is generated at the output of block 12, which is fed to the input of block 13 and ensures the opening of gas bypass valves behind the gas generator turbine GTU.

Блок 13 - клапана перепуска газа за турбиной газогенератора ГТУ (на разрезе показан один клапан). Каждый клапан перепуска газов 13 соединен на входе с проточной частью кольцевого канала между турбиной газогенератора и свободной турбиной, а на выходе - с атмосферой.Block 13 - gas bypass valve behind the turbine of the gas turbine generator (a section shows one valve). Each gas bypass valve 13 is connected at the inlet to the flowing part of the annular channel between the gas generator turbine and the free turbine, and at the outlet to the atmosphere.

При наличии сигнала I4=0 клапана перепуска 13 газотурбинной установки 14 находятся в закрытом состоянии. При формировании I4=1 клапана перепуска газов 13 открываются и обеспечивают частичный перепуск газа с выхода турбины газогенератора через соответствующие трубопроводы в атмосферу, минуя силовую турбину, обеспечивая уменьшение подвода энергии к силовой турбине и парирование заброса nст.If there is a signal I 4 = 0, the bypass valves 13 of the gas turbine unit 14 are in the closed state. When I 4 = 1 is formed, the gas bypass valves 13 open and provide partial gas bypass from the gas generator turbine exit through the corresponding pipelines to the atmosphere, bypassing the power turbine, providing a reduction in the energy supply to the power turbine and parry reflux n st .

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

До и в процессе запуска ГТУ клапана перепуска газа 13 за турбиной газогенератора находятся в открытом положении. После запуска газогенератора клапана перепуска газа 13 в ручном или автоматическом режиме закрывают.Before and during the start-up of the gas turbine the gas bypass valve 13 behind the gas generator turbine is in the open position. After starting the gas generator, the gas bypass valve 13 is closed in manual or automatic mode.

При работе газогенератора ГТУ на «низких» режимах (nггпр<nггпрпред) на выходе блока 5 формируется логический сигнал низкого уровня I1=0. Поэтому при nст>600...700 об/мин за 1 секунду и nст>nстпред клапана перепуска газа 13 за турбиной газогенератора остаются в закрытом положении.When the gas turbine generator is operating in “low” modes (n yyyy <n yyyyyyy pre ), a low-level logic signal I 1 = 0 is formed at the output of unit 5. Therefore, when n st > 600 ... 700 rpm for 1 second and n st > n st before the gas bypass valve 13 behind the gas generator turbine remain in the closed position.

В случае внезапного сброса всей нагрузки при работе газогенератора ГТУ на «высоком» режиме (nггпр>nггпрпред, I1=1), параметры nст и

Figure 00000027
существенно возрастают. При превышении величины
Figure 00000027
предельного значения
Figure 00000031
≈600...700 об/мин за 1 секунду, а также при nст>nстпред на всех трех входах блока 12 формируются логические сигналы Ii=1. На выходе блока 12, работающего по логике И, также формируется логический сигнал высокого уровня I4=1. Сигнал I4=1 поступает на вход блока 13 и клапана перепуска газов открываются, обеспечивая перепуск газов газогенератора в атмосферу через трубопроводы и выходное устройство, минуя силовую турбину. Исходя из термодинамической схемы ГТУ, теплоперепад на силовой турбине уменьшается и частота вращения силовой турбины nст снижается.In the case of a sudden discharge of the entire load during operation of the gas turbine generator at the “high” mode (n GPR > n GPR before , I 1 = 1), the parameters n st and
Figure 00000027
increase significantly. If the value is exceeded
Figure 00000027
limit value
Figure 00000031
≈600 ... 700 rpm for 1 second, as well as for n st > n st before all three inputs of block 12 are formed logical signals I i = 1. At the output of block 12, operating according to the AND logic, a high level logic signal I 4 = 1 is also formed. The signal I 4 = 1 arrives at the input of block 13 and the gas bypass valve opens, providing gas bypass of the gas generator into the atmosphere through pipelines and an output device, bypassing the power turbine. Based on the thermodynamic scheme of a gas turbine, heat transfer on a power turbine decreases and the speed of the power turbine n st decreases.

Заявляемое изобретение было реализовано в цифровой электронной системе автоматического управления и проверено испытаниями в составе энергетической ГТУ мощностью 12 МВт, выполненной на базе авиационного двигателя ПС-90А и включающей свободную силовую турбину с номинальной частотой вращения nст≥5000 об/мин (ГТУ-12П). Результаты стендовых испытаний полностью подтвердили своевременную и надежную защиту силовой турбины от раскрутки, в том числе, необходимую динамическую точность измерения параметра nст. По результатам испытаний, дополненных математическим моделированием работы ГТУ, также установлено, что для эффективного парирования забросов частоты nст целесообразно, чтобы общее время с момента формирования сигнала I4=1 и до открытия всех клапанов перепуска газов не превышало 0,1...0,3 с.The claimed invention was implemented in a digital electronic automatic control system and verified by testing in the composition of an energy gas turbine with a capacity of 12 MW, made on the basis of the PS-90A aircraft engine and including a free power turbine with a rated speed n st ≥5000 rpm (GTU-12P) . The results of bench tests fully confirmed the timely and reliable protection of the power turbine from promotion, including the necessary dynamic accuracy of the measurement of parameter n Art . According to the test results, supplemented by mathematical modeling of the operation of the gas turbine, it was also found that for effective counteraction of the frequency overshoots n article it is advisable that the total time from the moment of signal formation I 4 = 1 to the opening of all gas bypass valves does not exceed 0.1 ... 0 , 3 sec.

Claims (3)

1. Способ защиты газотурбинной установки от раскрутки силовой турбины при внезапном сбросе нагрузки, включающий измерение частоты вращения силовой турбины nст, определение ее первой производной по времени
Figure 00000033
и приведенной по температуре воздуха на входе установки Твх частоты вращения газогенератора nггпр, формирование предельных значений nггпрпред, nстпред,
Figure 00000034
и сравнение их с nггпр, nст,
Figure 00000035
, соответственно, отличающийся тем, что при nггпр>nггпрпред, nст>nстпред и
Figure 00000036
осуществляют перепуск газа за турбиной газогенератора в атмосферу.
1. A method of protecting a gas turbine installation from the promotion of a power turbine during a sudden load shedding, including measuring the speed of a power turbine n st , determining its first time derivative
Figure 00000033
and given the air temperature at the inlet of the installation T I gas generator speed n gpr , the formation of limit values n gpr before , n st before ,
Figure 00000034
and comparing them with n ggpr , n article ,
Figure 00000035
, respectively, characterized in that for n gpr > n gpr before , n st > n st before and
Figure 00000036
carry out gas bypassing the gas generator turbine into the atmosphere.
2. Способ защиты газотурбинной установки по п.1, отличающийся тем, что величину nстпред определяют по формуле nстпред=nстуст+Δ, где nстуст - уставочное значение частоты вращения силовой турбины, а Δ≥(5-7) δnст, где δnст - статическая погрешность регулирования частоты вращения силовой турбины газотурбинной установки.2. The method of protecting a gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the value of n st pre is determined by the formula n st pre = n st mouth + Δ, where n st mouth is the reference value of the rotational speed of the power turbine, and Δ≥ (5- 7) δn st , where δn st is the static error in regulating the frequency of rotation of the power turbine of a gas turbine installation. 3. Способ защиты газотурбинной установки по п.2, отличающийся тем, что величина Δ составляет 60...100 об/мин.3. The method of protection of a gas turbine installation according to claim 2, characterized in that the Δ value is 60 ... 100 rpm.
RU2006114528/06A 2006-04-27 2006-04-27 Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine RU2316665C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006114528/06A RU2316665C1 (en) 2006-04-27 2006-04-27 Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006114528/06A RU2316665C1 (en) 2006-04-27 2006-04-27 Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006114528A RU2006114528A (en) 2007-11-10
RU2316665C1 true RU2316665C1 (en) 2008-02-10

Family

ID=38957978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006114528/06A RU2316665C1 (en) 2006-04-27 2006-04-27 Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2316665C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623625C1 (en) * 2016-07-14 2017-06-28 Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") Test bench for gas turbine engines
RU2670476C1 (en) * 2013-11-19 2018-10-23 Турбомека Turbine engine and method for control thereof
RU2799266C1 (en) * 2023-02-17 2023-07-04 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method for protecting a gas turbine engine from spinning up a power turbine rotor and a device for its implementation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670476C1 (en) * 2013-11-19 2018-10-23 Турбомека Turbine engine and method for control thereof
RU2623625C1 (en) * 2016-07-14 2017-06-28 Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") Test bench for gas turbine engines
RU2799266C1 (en) * 2023-02-17 2023-07-04 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method for protecting a gas turbine engine from spinning up a power turbine rotor and a device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006114528A (en) 2007-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5103629A (en) Gas turbine control system having optimized ignition air flow control
US5168699A (en) Apparatus for ignition diagnosis in a combustion turbine
US5095221A (en) Gas turbine control system having partial hood control
US5252860A (en) Gas turbine control system having maximum instantaneous load-pickup limiter
US11473496B2 (en) Transient operation control of a hybrid gas turbine engine
RU2372494C2 (en) Gas turbine air flow control method, and system for implementing this method
CA1072364A (en) Stall detector for gas turbine engine
EP3039270B1 (en) Gas turbine flameout detection
US11421554B2 (en) Gas turbine engine generator oil pump
US9776727B2 (en) Method of controlling a cooling system
EP0483570B1 (en) Method and apparatus for downline load rejection sensing in a gas turbine control system
US6792760B2 (en) Method for operating a turbine
RU2316665C1 (en) Method to protect gas-turbine plant from overspeeding of power turbine
JPH03932A (en) Control process of turbo machine and controller thereof
KR0160298B1 (en) Gas turbine control system having maximum instantaneous load pickup limiter
EP3772630A1 (en) Heat exchanger blockage detection
US5088885A (en) Method for protecting gas turbine engine seals
US20160123183A1 (en) Method for testing an overspeed protection mechanism of a single-shaft combined-cycle plant
RU2747542C1 (en) Method for protecting a gas turbine engine from pumping
RU2789805C1 (en) Method for resuming fuel supply while preventing deviation of the parameters of the power turbine of a turbomachine unit in case of a sudden full or partial load release
KR101860985B1 (en) Life assessment test device of gas turbine engine and method thereof
RU2789806C1 (en) Method for automatic protection of a gas turbine engine against surge
Price et al. Enhancements to the load acceptance and rejection capability of a high pressure aeroderivative engine
RU2225945C2 (en) Method of preventing deviation of parameters of power turbine of turbomachine set at abrupt complete or partial shedding of load
US4107542A (en) Time delayed relay sequencer and alarm reset for a gas turbine local maintenance controller

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20101007

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20101007

Effective date: 20110826

PD4A Correction of name of patent owner