Датчики тахометра ДТЭ-2 установлены на коробке приводов

Система контроля и защиты двигателя НК-12СТ
Конспект лекций
Екатеринбург
2013
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Содержание
Система контроля и защиты двигателя НК-12СТ................................................ 3
Датчики тахометра ДТЭ-2 ...................................................................................... 4
Сигнализатор предельных оборотов СПО-2Р ...................................................... 4
Регулятор температуры УРТ-19А-3У ................................................................... 5
Термопары Т-80-Т ................................................................................................... 6
Аппаратура контроля вибраций ИВ-500СТ ......................................................... 7
Сигнализатор помпажа ПС-2-7 .............................................................................. 8
Датчик давления дифференциальный ССК .......................................................... 9
Перечень параметров защиты и контроля двигателя ........................................ 11
Воздушный стартер ВС-12 ............................................................................... 11
Двигатель ........................................................................................................... 11
2
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Система контроля и защиты двигателя НК-12СТ
Контроль за работой двигателя обеспечивают:
- датчики замера частоты вращения турбокомпрессора и свободной
турбины – датчики тахометра ДТЭ-2, работающие совместно с
указателем ИТЭ-2;
- блок термопар Т-80-Т замера температуры газов перед свободной
турбиной;
- датчики замера вибраций МВ-03, работающие совместно с
указателем ИВ-200.
Для предупреждения возникновения аварийных ситуаций при
неправильной эксплуатации двигателя или при появлении неисправностей в
узлах двигателя предусмотрены следующие защиты:
1. защита по предельной частоте вращения ротора свободной
турбины, состоящая из датчика ДЧВ-2500А, расположенного на
коробке приводов свободной турбины, и сигнализатора СПО-2Р,
размещенного в контейнере автоматики агрегата ГПА-Ц-6,3;
2. защита по предельному уровню виброскорости корпусов
газогенератора и свободной турбины, обеспечиваемая аппаратурой
ИВ-500СТ.
Аппаратура ИВ-500СТ состоит из двух пьезоэлектрических датчиков
МВ-03 с кабелем, размещенных на маслоколонке картера турбины и
свободной турбины, двух согласующих устройств УСС-6 и электронного
блока БЭ-9СТ, размещенных в контейнере автоматики агрегата, а также
показывающего прибора ИВ-200, размещенного в пультовой ГПА.
Аппаратура ИВ-500СТ, кроме защиты по предельному уровню
виброскорости, обеспечивает также непрерывный контроль уровня
виброскорости.
1. защита двигателя по температуре газов перед свободной турбиной,
использующая сигналы термопар Т-80-Т, обеспечиваемая
регулятором температуры УРТ-19А-3У, расположенным в
контейнере автоматики ГПА;
2. защита по помпажному режиму газогенератора, обеспечиваемая
сигнализатором помпажа ПС-2-7, расположенным на картере
компрессора;
3. защита двигателя при утечках пускового топливного газа,
обеспечиваемая дифференциальным датчиком давления ССК,
установленным на картере компрессора;
4. защита по наличию стружки в маслосистеме, обеспечиваемая
регистратором стружки РС-2 и фильтром-сигнализатором ФС-2.
3
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Датчики тахометра ДТЭ-2
Магнитно-индукционные тахометры предназначены для непрерывного
дистанционного измерения частоты вращения (об/мин) вала двигателя,
выраженного в процентах от его максимальных частот вращения.
В комплект тахометра входит датчик тахометра ДТЭ-2 и измеритель
тахометра ИТЭ-2. Датчик ДТЭ-2 может соединяться и с двумя измерителями
ИТЭ-1.
Датчики тахометра ДТЭ-2 установлены на коробке приводов
свободной турбины и верхней коробке приводов двигателя.
Дистанционное измерение частоты вращения электрическим
тахометром основано на принципе электрической дистанционной передачи
частоты
вращения
вала
двигателя
валу
магнитоиндукционного
измерительного узла измерителя и на принципе преобразования частот
вращения вала в угловые перемещения стрелки магнитоиндукционного узла.
Электрическая дистанционная передача частот вращения в тахометре
основана на преобразовании датчиком-генератором частот вращения вала
двигателя в электродвижущую силу с частотой, пропорциональной частоте
вращения вала, и на свойстве системы трехфазных токов создавать
вращающееся магнитное поле.
Возбуждаемый в обмотке статора 1 (рис. 1) датчика трехфазный ток по
трем проводам подводится к обмоткам статора 3 мотора измерителя.
Преобразование скорости вращения вала в угловое перемещение
стрелки указателя 8 магнитоиндукционным измерительным узлом основано
на взаимодействии магнитного поля вращающихся постоянных магнитов 4
с индукционными токами, наведенными этим полем в металлическом
диске 5. В результате этого взаимодействия возникает вращающийся момент
диска 5, связанного со стрелкой, пропорциональный числу оборотов в
минуту вращающихся магнитов, уравновешиваемый противодействующей
пружиной 6. Так как момент пружины пропорционален углу закручивания,
то угол поворота стрелки пропорционален частоте вращения магнитного узла
и, следовательно, частоте вращения вала двигателя.
Сигнализатор предельных оборотов СПО-2Р
Агрегат СПО-2Р является сигнализатором предельной частоты
вращения свободной турбины двигателя и предназначен для выдачи
электрического сигнала в систему аварийного останова при достижении
ротором свободной турбины предельно допустимой частоты вращения.
Агрегат СПО-2Р установлен в контейнере автоматики ГПА.
Сигнализатор СПО-2Р состоит из двух каналов, которые по выходу
параллельны. Сигнализатор преобразует сигналы переменного тока,
поступающие с датчика частоты вращения ДЧВ-2500А в выходной сигнал
4
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
постоянного тока. СПО-2Р срабатывает при частоте входного сигнала
3900±60 с-1 в режиме «Работа» или 1920±75 с-1 – в режиме «Контроль».
По сигналу СПО-2Р производится аварийный останов двигателя.
Подвод
напряжения
к
сигнализатору
производится
через
девятнадцатиштырьковый штепсельный разъем (Ш1). Для подключения
пульта ПКСО-2 проверки неисправности сигнализатора служит
девятнадцатиштырьковый штепсельный разъем (Ш2).
Рис. 1. Принципиальная схема работы тахометра с измерителем ИТЭ-2:
1 – статор датчика; 2 – ротор датчика; 3 – статор измерителя;
4 – вращающиеся постоянные магниты; 5 – металлический диск;
6 – противодействующая пружина; 7 – шкала указателя; 8 – стрелка указателя
Регулятор температуры УРТ-19А-3У
Регулятор температуры УРТ-19А-3У предназначен для работы в
системе автоматического ограничения температуры газа перед свободной
турбиной и установлен в контейнере автоматики ГПА.
Принцип работы регулятора основан на измерении термо-ЭДС
термопар методом сравнения с эталонным источником напряжения
задатчика, усиления разностного сигнала и преобразования его в импульсы,
управляющие
исполнительным
механизмом
топливорегулирующей
аппаратуры - электромагнитным клапаном срезки и клапаном останова
дозатора газа ДГ-12.
5
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Регулятор УРТ-19А-3У имеет следующие режимы работы:
1) режим «Контроль I»;
2) режим «Контроль II»;
3) режим «Запуск»;
4) режим «Номинал».
Регулятор выдает две исполнительные команды:
1) команду частичной срезки – «ЧС»;
2) команду на останов двигателя – «СК».
Режим «Контроль I» предназначен для проверки исправности цепей
термопар и регулятора на неработающем двигателе при одинаковой
температуре «горячего слоя» термопар и окружающей регулятор среды.
При отсутствии обрыва в цепи термопар и исправном регуляторе при
включении режима «Контроль I» выдается команда «ЧС» на частичную
срезку топливного газа, и лампочка, подключенная к выходу регулятора,
периодически включается. В случае обрыва цепи в линии термопар или
неисправности регулятора выдается команда «СК» на клапан останова
двигателя.
Режим «Контроль II» предназначен для проверки функционирования
регулятора на работающем двигателе. При исправной работе регулятора и
температуре газов перед свободной турбиной более 420±15°С выдается
сигнал на частичную срезку топливного газа. При включении режима
«Контроль II» команда «СК» на останов двигателя не выдается независимо от
уровня входного сигнала.
При работе регулятора в режиме «Номинал» обеспечивается
ограничение температуры газов перед свободной турбиной на режимах
работы двигателя от малого газа до максимального.
Режим «Запуск» регулятора обеспечивает ограничение температуры
газов перед свободной турбиной при работе двигателя.
На двигателе используется два регулятора температуры УРТ-19А-3У с
индивидуальной настройкой по температурам. При этом один настраивается
на команду «ЧС», которая на режиме «Запуск» составляет (750±30)°С.
Настройка другого УРТ-19А-3У происходит только по команде «СК» и на
режиме «Запуск» составляет (810±30)°С.
Для оценки регуляторов при «Контроле I» и «Контроле II» команды
«ЧС» выведены на ГЩУ.
В компоновке двигателя с дозатором газа ДУС-3МС регулятор
температуры УРТ-19А-3У выдает команду на останов двигателя.
Термопары Т-80-Т
Термопары Т-80-Т предназначены для измерения температуры
заторможенного потока газа перед свободной турбиной двигателя. На
двигателе равномерно по окружности в шести точках за промежуточной
6
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
опорой на проставке расположены шесть термопар, включенных
параллельно. В качестве термоэлектродов термопар использованы сплавы
хромель (положительные) и алюмель (отрицательные).
При изменении температуры газового потока в цепи термопары
происходит изменение термоэлектродвижущей силы, величина которой
отсчитывается по измерителю.
Т-80-Т – термопара сдвоенного типа, т.е. в одном корпусе размещены
две одинаковые термопары. Конструктивно термопара неразъемная. На
кожухе термопары размещаются контактные винты из термоэлектродного
материала (по паре для каждой термопары).
Хромелевые контактные винты имеют резьбу М4, а алюмелевые –
резьбу М5. Крепления к термопаре наконечников компенсационных
проводов производится самоконтрящимися гайками.
Аппаратура контроля вибраций ИВ-500СТ
Аппаратура контроля вибраций типа ИВ-500СТ предназначена для
непрерывного контроля за уровнем виброскорости корпуса двигателя, а
также для сигнализации о возникновении вибрации с уровнем
виброскорости, превышающем допустимый уровень для двигателя. В состав
аппаратуры входят два пьезодатчика перегрузок МВ-03 с кабелем, два
согласующих устройства УсС-6, двухканальный электронный блок БЭ-9СТ,
показывающий прибор типа ИВ-200.
Датчики МВ-03-6 установлены на маслоколонках картера турбины и
свободной турбины, согласующие устройства УсС-6 и блок БЭ-9СТ
размещены в контейнере автоматики ГПА, а показывающий прибор ИВ-200 –
в пультовой агрегата.
В аппаратуре предусмотрена световая сигнализация двух уровней
повышенной виброскорости:
- 40 мм/сек – «превышение нормы»;
- 60 мм/сек – «опасная вибрация».
При срабатывании сигнализации «опасная вибрация» одновременно
выдается команда на останов двигателя.
Аппаратура имеет специальное устройство проверки работы на
неработающем двигателе – «встроенный контроль», при включении которого
загораются соответствующие лампы сигнализации, а стрелка показывающего
прибора отклоняется на заданный уровень.
Пьезодатчик перегрузок МВ-03-6 предназначен для преобразования
ускорения линейной вибрации, действующей в вертикальном направлении, в
электрическое напряжение, пропорциональное этому ускорению.
Согласующее устройство УсС-6 предназначено для согласования
выходного сопротивления пьезодатчика с входом канала электронного блока.
7
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Блок БЭ-9СТ предназначен для усиления напряжения, получаемого от
датчика в требуемой полосе частот, до величины, необходимой для работы
показывающего прибора, сигнализации при достижении заданного уровня
виброскорости, выдачи сигналов в систему автоматизированного контроля, а
также выдачи команды на останов двигателя при достижении предельного
уровня.
Показывающий прибор ИВ-200 предназначен для отсчета скорости
вибрации двигателя. В качестве прибора применен микроамперметр
магнитоэлектрической системы. Шкала отградуирована в единицах
виброскорости.
Сигнализатор помпажа ПС-2-7
Сигнализатор помпажа ПС-2-7 (рис. 2) предназначен для замыкания
электрической цепи системы защиты при помпажном срыве компрессора
двигателя. Сигнализатор помпажа установлен на левом продольном фланце
картера компрессора.
Сигнализатор помпажа является автоматическим устройством,
выдающим электрический сигнал в зависимости от величины начального
давления, скорости падения давления и величины падения давления воздуха
за компрессором.
Принцип работы прибора основан на перемещении разделительной
мембраны 1 в зависимости от соотношения давлений в полостях I и II. При
медленном падении давления в полости I давление в полости II не достигает
заданного соотношения за счет перетекания воздуха из полости II через
демпфер 2 в полость I, и контакты 3 остаются разомкнутыми. При резком
спаде давления (помпаж) в полости I воздух из полости II через демпфер 2 не
успевает перетечь в полость I. Под действием избыточного давления в
полости II мембрана 1 перемещается в сторону меньшего давления (в
сторону полости I), и контакты 3 замыкаются.
8
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Рис. 2. Принципиальная схема работы сигнализатора помпажа ПС-2-7:
1 – мембрана; 2 – демпфер; 3 – контакты; I и II – полости
Датчик давления дифференциальный ССК
Датчик давления (рис. 3) дифференциального типа предназначен для
выдачи электрического сигнала в систему защиты двигателя при нарушении
герметичности дозатора газа ДГ-12.
Датчик срабатывает, если перепад ∆Р между давлением газа на рабочих
форсунках и давлением воздуха за компрессором в процессе запуска
двигателя превышает 0,02 кгс/см2 (2 кПа).
Герметичность дозатора контролируется с начала запуска двигателя до
подачи команды на зажигание.
Датчик давления установлен на кронштейне, закрепленном на стыке
картера компрессора и картера турбины в верхней точке. К кронштейну
датчик прикреплен гайкой. С кабелем двигателя датчик соединен
штепсельным разъемом.
К штуцеру В1 датчика подводится давление за компрессором, а к
штуцеру В2 – давление газа перед рабочими форсунками.
Принцип работы прибора основан на способности чувствительного
элемента – мембраны прогибаться под действием перепада ∆Р. Прогибаясь,
мембрана перемещает шток 2 с закрепленными и изолированными в нем
контактами 4. При достижении заданного перепада ∆Р контакты 4
замыкаются с контактами 3, закрепленными через изоляторы 6 на
9
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
контактных пружинах 5, и появляется электрический сигнал на останов
двигателя.
Для предохранения мембраны от разрушения при действии
односторонних перегрузочных давлений в конструкции предусмотрены
двусторонние упоры 8 и 9. Для предохранения полостей прибора от
засорения и защиты контактов от пыли в полостях установлены фильтры 7
и крышка 10.
Рис. 3. Датчик давления дифференциальный ССК:
1 – мембрана; 2 – шток; 3, 4 – контакты; 5 – контактные пружины;
6 – изолятор; 7 – фильтры; 8, 9 – упоры; 10 – крышка
10
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
Перечень параметров защиты и контроля двигателя
Воздушный стартер ВС-12
№
Параметр
Величина
1
Давление
газа перед
заслонкой
РПГ
Давление
масла
смазки
ВС-12
Положение
заслонки
РПГ
0…5 кг/см2
2
3
4
Обороты
ВС-12
0…5 кг/см2
Уровень сигнализации
или защиты
Прекращение запуска, если
Р ≥ 6 кг/см2 с начала
открытия кр.13 (РПГ)
Открыто
При Р ≤ 2 кг/см2
прекращение запуска через
20 с после начала запуска
ВС-12
Открыто
Закрыто
Закрыто
0…4500
об/мин
При nВС ≥ 4500 об/мин –
аварийный останов
Вид сигнала
Примечание
Табло «Давление
газа перед кр. 13»
Табло «Давление
масла смазки ВС
Р ≤ 2 кг/см2»
Открыто – горит
красная лампа
Закрыто – горит
зеленая лампа
Табло «Обороты
ВС»
Двигатель
№
Параметр
Величина
1
1
2
Температура
газов перед
свободной
турбиной
3
0…750ºС
2
Температура
масла на
входе в
двигатель
0…150ºС
3
Температура
масла на
выходе из
двигателя
Давление
масла на
входе в
контур
газогенератора
25…150ºС
4
Уровень сигнализации
или защиты
4
Т ≥ 570 ºС – уменьшение
подачи топлива;
Т ≥ 670 ºС – останов
0…5 кг/см2
При tм ≤ -5 ºС – подогрев
масла до tм = +15 ºС;
при tм ≤ +30 ºС – запрет
увеличения режима
с «малого газа»
При tм ≥ +85 ºС – останов
При Рм ≤ 3,0 кг/см2 после
выхода на режим –
останов
11
Вид сигнала
5
Табло «Контроль
регулятора
температуры»;
табло «Температура
газов перед СТ»
Примечание
6
Визуальный
контроль
Визуальный
контроль
Табло «Температура
масла на выходе из
двигателя»
Табло «Давление
масла на входе в
контур ГГ»
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
Давление
масла на
входе в
контур СТ
Давление
газа перед
ДГ-12
Герметичность
дозатора
Давление
масла на
входе в
систему
регулирования
Обороты
газогенератора
Обороты
свободной
турбины
Контроль
виброскорости
Засорение
маслосистемы
стружкой
Контроль
положения
КПВ
Помпаж
компрессора
3
0…15
кг/см2
4
При Рм ≤ 1,5 кг/см2 после
выхода на режим –
останов
0…25
кг/см2
При Р ≤ 20 кг/см2 – запрет
запуска.
На режиме:
при Р ≤ 20 кг/см2 –
сигнализация;
при Р ≤ 10 кг/см2 – останов;
0…15
кг/см2
При Р ≤ 0,02 ± 0,004 кг/см2
до оборотов
nГГ = 1800 об/мин – останов
При Р ≤ 15 кг/см2:
на режиме – останов;
на запуске – запрет
продолжения пуска
5
Табло «Давление
масла на входе в
контур СТ»
Визуальный
контроль
Табло «Ртг меньше
нормы»;
Табло «Давление
газа на входе в
систему
регулирования
Р ≤ 10 кг/см2»
Табло «Дозатор газа
ДГ-12
негерметичен»
Табло «Давление
масла на входе в ДГ»
0…8500
об/мин
Ограничение оборотов
nГГ = 8450±50 об/мин
0…9300
об/мин
При nСТ = 9130 ± 140
об/мин – останов
Табло «Обороты
свободной турбины»
0…100
мм/с
При 60 мм/с – останов
Табло «Вибрация»
При появлении стружки –
останов
Табло «Засорение
металлической
стружкой»
Останов:
1. при неоткрытии КПВ
до оборотов
nГГ = 4500…5000 об/мин
в процессе запуска и при
НО;
2. при открытии КПВ
на режиме
При помпаже – останов
Табло «Неоткрытие
КПВ» на оборотах
nГГ = 4500…5000
об/мин и при
нормальном
останове
Табло «Открытие
КПВ на режиме»
Табло «Помпаж»
Открыто
Закрыто
12
6
Визуальный
контроль
Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3
1
15
16
2
Перестройка
ОГ-12 до
ограничения
max nГГ
Наличие
напряжений
27±2,7 В,
220 В 50 Гц,
115 В 400 Гц
3
4
Сигнализация
5
Табло «Регулятор
оборотов на упоре»
6
Визуальный
контроль
13