СТА 2009-2

Из теории управления известно, что коэффициенты усиления регулятора должны быть связаны со свойствами объекта управления, прежде всего – с инерционностью этого объекта. При регулировании нескольких парамет# ров двигателя, по сути, происходит переключение между различными объектами; например, температура продуктов сгорания изменяется на# много быстрее, чем частота вращения турбины. Поэтому такое регулирова# ние не может быть выполнено одним регулятором одинаково эффективно по различным параметрам. 3. Подача ошибок регулирования по раз личным параметрам двигателя на от дельные регуляторы и выбор мини мального (при ограничении сверху) и максимального (при ограничении снизу) выхода регулятора для подачи на регулирующий клапан. Такая схема наиболее часто применяется в насто# ящее время. Тем не менее её практи# ческая реализация связана с опреде# лёнными проблемами (как говорит# ся, «дьявол спрятан в мелочах»), по# этому каждая фирма имеет свои на# работанные решения, так или иначе решающие эти проблемы. В процес# се разработки специалистам НПК « ЛЕНПРОМАВТОМАТИКА» уда# лось создать решение, не имеющее прямых аналогов; в настоящее время оно находится в стадии патентова# ния. Работоспособность этого реше# ния подтверждена эксплуатацией ре# гулятора на ГПА типа ГТК#10#4 и ус# пешным прохождением межведом# ственных испытаний. О БЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ ПРИ ОТКАЗЕ ДАТЧИКОВ Газоперекачивающий агрегат являет# ся объектом повышенной опасности, поэтому он имеет развитую датчиковую обвязку, обеспечивающую работу систе# мы аварийных защит и ограничитель# ных регуляторов. Как всякое оборудо# вание, датчики имеют конечную надёж# ность, и при работе возможны их отка# зы. При этом предъявляются противо# речивые требования к реакции автома# тики на такие отказы. С одной стороны, отказ датчика какого#то параметра оз# начает отсутствие защиты и ограниче# ния по этому параметру. Следовательно, безопасность работы ГПА нарушается, а значит, должен быть выполнен ава# рийный останов для перевода оборудо# вания в безопасное состояние. С другой стороны, в некоторых случаях парамет# ры ГПА частично дублируют друг друга; например, давление за компрессором двигателя пропорционально частоте вращения турбины газогенератора. По# этому аварийная защита и ограничение режима работы двигателя могут выпол# няться по оставшимся исправным кана# лам. Получается, что работа двигателя с частью отказавших датчиков в некото# рых случаях допустима, при этом ре# монт измерительного канала может быть выполнен «на ходу», а отклонения от заданного режима работы газопрово# да не произойдёт. По многолетнему опыту известно, что основную часть отказов измери# тельных каналов составляют обрывы жил в кабелях, отсутствие контакта в клеммниках и другие подобные причи# ны, легко устраняемые при своевре# менном обнаружении. Отказы датчи# ков и измерительных преобразовате# 82 СТА 2/2009 РАЗ РА БОТ КИ / Н ЕФТ Е ГАЗОВ А Я П РОМЫШЛ Е ННОС Т Ь www.cta.ru На рис. 1 показан типичный вид газоди намических характеристик (ГДХ) центро бежного нагнетателя [3]. Каждая кривая от ражает связь между степенью сжатия наг нетателя и расходом газа через него (про изводительностью) при постоянной частоте вращения ротора. Центробежный нагнетатель имеет огра ниченный диапазон производительности. Если поток газа через нагнетатель меньше определённой величины, то вращающиеся лопасти рабочего колеса не могут «захва тить» газ и устойчивая работа нагнетателя нарушается. Вследствие срыва потока в сис теме «нагнетатель + трубная обвязка» воз никают низкочастотные колебания расхода и давления, называемые помпажом. Линия, соединяющая точки срыва потока при различной скорости вращения ротора нагнетателя, называется границей помпажа ( красная линия на графике). Помпаж соп ровождается несколькими явлениями, де лающими работу нагнетателя неэффектив ной и опасной. ● Сначала происходит существенное повы шение нагрузки на приводной двигатель ( за счёт повышения степени сжатия), а затем срыв нагрузки (при падении расхо да) и резкая разгрузка привода. На газо турбинных агрегатах это приводит к быстрому росту частоты вращения: рост скорости около 1000 (об/мин)/с. На электроприводных ГПА предпомпажное состояние сопровождается существен ным ростом тока статора двигателя. ● Резкие колебания расхода и давления приводят к вибрациям ротора, что повы шает нагрузку на подшипники и лаби ринтные уплотнения вплоть до возмож ности их разрушения. ● Нерасчётный режим обтекания лопаток наг нетателя приводит к переходу большого ко личества энергии в тепло и перегреву газа. Для того чтобы избежать помпажных яв лений, нагрузкой на нагнетатель можно уп равлять при помощи регулируемого бай пасного клапана, перепускающего часть га за с выхода нагнетателя на его вход. На воз душных компрессорах, берущих воздух из атмосферы, такой же эффект даёт сброс части воздуха в атмосферу с выхода ком прессора. На рис. 2 видно, что открытие байпасного клапана уменьшает нагрузку на нагнетатель, закрытие увеличивает. Рабо чая точка перемещается вправо (в сторону увеличения расхода) при открытии клапа на, влево при закрытии. Таким образом можно обеспечить устойчивую работу на гнетателя при неблагоприятной характе ристике нагрузки. ПОМПАЖ И АНТИПОМПАЖНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ Граница помпажа Расход газа через нагнетатель Увеличение скорости вращения Степень сжатия Рис. 1. ГДХ центробежного нагнетателя Граница помпажа Расход газа через нагнетатель Увеличение скорости вращения Открытие байпасного клапана уменьшает нагрузку на нагнетатель и смещает рабочую точку в сторону увеличения расхода Степень сжатия Рис. 2. ГДХ центробежного нагнетателя при управлении байпасным клапаном © СТА-ПРЕСС