Система контроля и защиты двигателя НК-14СТ Конспект лекций Екатеринбург 2013 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Содержание Система контроля и защиты двигателя НК-12СТ................................................ 3 Сигнализатор предельных оборотов СПО-2Р ...................................................... 3 Регулятор температуры УРТ-19А-3У ................................................................... 4 Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А ................................................................. 5 Работа датчика ..................................................................................................... 5 Индуктор ВС-12 .................................................................................................. 5 Термопары Т-112 ..................................................................................................... 7 Аппаратура контроля вибрации ИВ-Д-ПФ .......................................................... 7 Работа канала измерения виброскорости ......................................................... 8 Работа канала преобразования частоты ............................................................ 8 Работа сигнализации «ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕННАЯ», «ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ»............................................................................... 10 Работа системы встроенного контроля ........................................................... 10 Датчик вибрации ............................................................................................... 11 Сигнализатор помпажа ПС-2-7 ............................................................................ 11 Датчик давления дифференциальный ССК ........................................................ 11 Перечень параметров защиты и контроля двигателя ........................................ 14 Воздушный стартер ВС-12 ............................................................................... 14 Двигатель ........................................................................................................... 14 2 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Система контроля и защиты двигателя НК-12СТ Для обеспечения работы двигателя на заданных режимах и предупреждения возможных аварийных ситуаций двигатель оборудован системой контроля и защиты. Управление и контроль за работой двигателя НК-14СТ обеспечивают: - датчик частоты вращения ротора газогенератора ДЧВ-2500А; - датчик частоты вращения ротора свободной турбины ДЧВ-2500А; - датчик частоты вращения ДЧВ-2500А выводного вала воздушного стартера ВС-12; - термопары Т-112 замера температуры газов перед свободной турбиной. Для предупреждения возникновения аварийных ситуаций при неправильной эксплуатации двигателя или при появлении неисправностей в узлах двигателя предусмотрены следующие защиты: - защита по предельной частоте вращения ротора свободной турбины, состоящая из датчика ДЧВ-2500, расположенного на коробке приводов свободной турбины, подключенного к сигнализатору предельных оборотов СПО-2Р, который выдает сигнал на аварийный останов двигателя в автоматику ГПА; - защита по вибрациям корпусов газогенератора и свободной турбины, обеспечиваемая аппаратурой ИВД-ПФ-3, в комплект которой входят датчики МВ-04-1А с кабелем; - защита двигателя по температуре газов перед свободной турбиной, использующая сигналы термопар Т-112, преобразуемые в УРТ-19А3 в сигналы «ЧС» и «СК»; - защита по помпажному режиму газогенератора, обеспечиваемая сигнализатором помпажа ПС-2-7, расположенным на картере компрессора; - защита двигателя при утечках пускового топливного газа, обеспечиваемая дифференциальным датчиком давления ССК, установленным на картере компрессора двигателя; - защита по наличию стружки в маслосистеме, обеспечиваемая регистратором стружки РС-2 и фильтром ФС-2; - защита двигателя по вибрациям. 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. 3 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б 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 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). 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. Регулятор УРТ-19А-3У имеет следующие режимы работы: 1) режим «Контроль I»; 2) режим «Контроль II»; 3) режим «Запуск». 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 4 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б «Контроль II» команда «СК» на останов двигателя не выдается независимо от уровня входного сигнала. 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. Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А предназначен для пропорционального преобразования скорости вращения вала двигателя в частоту электрических сигналов. Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А состоит из корпуса, катушки, постоянного магнита и крышки. В корпусе из немагнитной стали размещена на постоянном магните катушка, содержащая две независимых обмотки. Работа датчика Зуб индуктора, проходя в непосредственной близости от торца датчика, изменяет магнитное поле, охватывающее витки катушки. Возникает ЭДС индукции. Частота импульсов напряжения соответствует частоте прохождения зубьев мимо торца датчика. Индуктор ВС-12 Индуктор установлен на фланце корпуса редуктора и предназначен для контроля вращения ВС-12. Индуктор (рис. 1) состоит из корпуса, узла индуктора и датчика частоты вращения ДЧВ-2500А. Корпус 1 крепится к редуктору шпильками и гайками. В расточке корпуса установлен на оси 9 узел индуктора, ось зафиксирована в корпусе кольцом 15. Узел индуктора состоит из индуктора 12 и шестерни 8 и опирается на два подшипника 11. Шестерня 8 входит в зацепление с шестерней редуктора ВС-12. Положение индуктора на оси определяется прокладками 10, 14. Шестерня 8 крепится к индуктору12 винтами 13. Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А 3 крепится к корпусу фланцем 5. Зазор между датчиком и выступом индуктора устанавливается прокладками 4. Положение датчика определяется 5 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б штифтом 2. Подключение датчика четырехштырьковый штепсельный разъем. осуществляется через Рис. 1. Индуктор ВС-12: 1 – корпус; 2 – штифт; 3 – датчик ДЧВ-2500А; 4, 7, 10, 14 – прокладки; 5 – фланец; 6 – уплотнительное кольцо; 8 – шестерня; 9 – ось; 11 – подшипник; 12 – индуктор; 13 – винт; 15 – стопорное кольцо 6 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Термопары Т-112 Термопары Т-112 предназначены для измерения температуры заторможенного потока газа перед свободной турбиной двигателя. На двигателе равномерно по окружности в шести точках за промежуточной 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-112 – 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 вибрации ИВ-Д-ПФ Аппаратура контроля вибрации ИВ-Д-ПФ (рис. 2) предназначена для непрерывного контроля вибросостояния двигателя и индикации виброскорости и частоты вращения. В аппаратуре предусмотрены устройства для включения световой сигнализации «ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕННАЯ», «ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ» с одновременной выдачей сигнала на автоматическое выключение двигателя в случае достижения предельно-допустимого значения виброскорости. В комплект аппаратуры контроля вибрации входят: для ИВ-Д-ПФ-1 БЭ-38-1 и БЭ-39-1 – блоки электронные, МВ-04-1 – датчик вибрации; для ИВ-Д-ПФ-3 БЭ-38-10 и БЭ-39-1 – блоки электронные, МВ-04-1А – датчик вибрации. Датчики МВ-04 установлены на маслоколонках картера турбины и свободной турбины. Электронный блок БЭ-38 устанавливается в блоке автоматики ГПА. Электронный блок БЭ-39 устанавливается в стойке монтажного оборудования. 7 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Рис. 2. Аппаратура контроля вибрации ИВ-Д-ПФ-3: 1 – БЭ-38-10; 2 – БЭ-39-1; 3 – датчики МВ-04 Работа канала измерения виброскорости Сигнал пьезоэлектрического датчика вибрации МВ-04, пропорциональный виброускорению, поступает на входное устройство соответствующего канала (канал ТК, канал СТ) электронного блока БЭ-38, где сигнал интегрируется, фильтруется полосовым фильтром с полосой пропускания (30-150) Гц, усиливается и после детектирования подается на вход цифрового измерителя напряжения постоянного тока блока БЭ-39. После преобразования в цифровом измерителе на общем для двух каналов табло индицируется значение виброскорости в мм/с. Переключение каналов осуществляется соответствующим переключателем, расположенным на передней панели блока БЭ-39. Работа канала преобразования частоты Для работы канала преобразования частоты используются сигналы с датчиков оборотов ДЧВ-2500А, которые входят в состав индукторов 04.630.000, установленных на коробке приводов газогенератора и свободной турбины. Индуктор (рис. 3) состоит из корпуса, индуктора и датчика частоты вращения ДЧВ-2500А. 8 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Рис. 3. Индуктор 04.630.000: 1 – крышка; 2, 9, 14 – кольцо уплотнительное; 3 – корпус; 4 – индуктор; 5, 17 – втулка; 6 – гайка; 7 – хвостовик; 8, 15 – подшипник; 10 – шарик; 11 – датчик ДЧВ-2500А; 12 – прокладка; 13 – фланец, 16 – шплинт К корпусу 3 крепится крышка 1 и накидная гайка 6. Накидная гайка зафиксирована на проточке корпуса шариками 10. В корпус и крышку запрессованы втулки 5, 17. Индуктор 4 опирается на два подшипника 8 и 15, установленных во втулках 5 и 17. Соединение индуктора с приводом производится хвостовиком 7, который фиксируется от выпадения шплинтом 16. Индуктор имеет четыре выступа, что обеспечивает выдачу датчиком 9 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б ДЧВ-2500А, одного импульса за оборот ротора. Зазор между индуктором и датчиком обеспечивается прокладками 12. Датчик частоты вращения ДЧВ-2500А крепится к корпусу фланцев с помощью шпилек и гаек. Cигнал датчика оборотов ДЧВ-2500А, пропорциональный частоте вращения ротора, поступает на вход усилителяограничителя соответствующего канала (ТК, СТ) блока БЭ-38, далее на схему делителя частоты и затем на вход цифрового измерителя частоты. После соответствующего преобразования в цифровом измерителе на табло индицируется значение частоты в Гц. Работа сигнализации «ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕННАЯ», «ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ» В блоке БЭ-38 имеются пороговые устройства, настроенные на уровни срабатывания, соответствующие виброскорости 40 мм/с и 60 мм/с. При срабатывании пороговых устройств на передних панелях БЭ-38, БЭ-39 включается световая сигнализация «ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕННАЯ», «ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ» с одновременной подачей сигнала на аварийный останов двигателя. Работа системы встроенного контроля В ИВ-Д-ПФ предусмотрены три системы встроенного контроля: система контроля канала измерения виброскорости, система контроля индикатора БИАФ-1-1 и система контроля индикатора БИЧ-1-1. Включение системы контроля канала измерения виброскорости производится нажатием кнопки КОНТРОЛЬ БЭ-38, БЭ-39. От входов всех измерительных каналов отключаются сигналы датчиков вибрации и подается сигнал генератора блока БЭ-38. При этом показания БИАФ-1-1 находятся в заданных пределах, сигнализация ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕННАЯ и ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ включена. Включение системы контроля БИЧ-1-1 производится нажатием кнопки КОНТРОЛЬ проверяемого блока. При этом показания БИЧ-1-1 при времени измерения 1с составляют (512±0,1) Гц и при времени измерения 10с – (512,0±0,1) Гц. Включение системы контроля БИАФ-1-1производится нажатием кнопки КОНТРОЛЬ блока БИАФ-1-1. При этом показания БИЧ-1-1 составляют (95-99) мм/с. 10 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Датчик вибрации В аппаратуре ИВ-Д-ПФ применен датчик вибрации МВ-04 пьезоэлектрического типа. Датчик вибрации предназначен для преобразования виброускорения, действующего по оси чувствительности, в электрический заряд. Сигнализатор помпажа ПС-2-7 Сигнализатор помпажа ПС-2-7 (рис. 4) 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. Датчик давления дифференциальный ССК Датчик давления (рис. 5) дифференциального типа предназначен для выдачи электрического сигнала в систему защиты двигателя при нарушении герметичности дозатора ДУС-3МС. 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. 11 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Рис. 4. Принципиальная схема работы сигнализатора помпажа ПС-2-7: 1 – мембрана; 2 – демпфер; 3 – контакты; I и II – полости 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 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. 12 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Рис. 5. Датчик давления дифференциальный ССК: 1 – мембрана; 2 – шток; 3, 4 – контакты; 5 – контактные пружины; 6 – изолятор;7 – фильтры; 8, 9 – упоры; 10 – крышка 13 Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б Перечень параметров защиты и контроля двигателя Воздушный стартер ВС-12 № Параметр Величина 1 Давление газа перед заслонкой Давление масла смазки ВС12 Положение заслонки РПГ 0…5 кг/см2 2 3 4 Обороты ВС-12 Открыто Уровень сигнализации или защиты Прекращение запуска, если Р ≥ 6 кг/см2 с начала открытия кр.13 (РПГ) При Р ≤ 2 кг/см2 прекращение запуска через 20 с после начала запуска ВС-12 Открыто Закрыто Закрыто 0…5 кг/см2 0…5200 об/мин При nВС ≥ 5200 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…850ºС 2 Температура масла на входе в двигатель 0…150ºС 3 Температура масла на выходе из двигателя 25…150ºС Уровень сигнализации или защиты 4 Температура газов ≥ t5огр. из формуляра двигателя – уменьшение подачи топлива; температура газов ≥ t5огр. +50ºС – аварийный останов При tм ≤ +15ºС – подогрев масла до tм = +15ºС; при tм ≤ +30ºС – запрет увеличения режима с «малого газа» При tм ≥ +85ºС – аварийный останов 14 Вид сигнала 5 Табло «Контроль регулятора температуры»; табло «Температура газов перед СТ» Табло «Температура масла на выходе из двигателя» Примечание 6 Визуальный контроль. Запись на сигналограмму самописца и в «Ретро» САУ ГПА Визуальный контроль. Предупр. сигнализация Предупр. сигнализация Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б 1 4 5 6 2 Давление масла на входе в контур газогенератора Давление масла на входе в контур СТ Давление газа перед ДГ-12 или ДУС-3МС 7 Герметичность дозатора 8 Давление масла на входе в систему регулирования Обороты газогенератора Контроль виброскорости Засорение маслосистемы стружкой Контроль положения КПВ 9 10 11 12 3 0…5 кг/см2 4 При Рм ≤ 3,0 кг/см2 после выхода на режим – аварийный останов 5 Табло «Давление масла на входе в контур ГГ» 0…4 кг/см2 При Рм ≤ 1,5 кг/см2 после выхода на режим – аварийный останов Табло «Давление масла на входе в контур СТ» 0…25 кг/см2 При Р ≤ 20 кг/см2 – запрет запуска. На режиме: при Р ≤ 23,5 кг/см2 – сигнализация; при Р ≤ 20 кг/см2 – нормальный останов; при Р ≤ 10 кг/см2 – аварийный останов При Р ≤ 0,02 ± 0,004 кг/см2 до оборотов nГГ = 1600…1800 об/мин – аварийный останов При Р ≤ 15 кг/см2: на режиме – аварийный останов; на запуске – запрет продолжения пуска Табло «Ртг меньше нормы»; Табло «Давление газа на входе в систему регулирования Р ≤ 20 кг/см2» 0…15 кг/см2 0…8200 об/мин 0…100 мм/с Открыто Закрыто Ограничение оборотов (nГГ max указаны в формуляре двигателя) При 40 мм/с – сигнализация При 60 мм/с – аварийный останов При появлении стружки – аварийный останов Аварийный останов: 1. при неоткрытии КПВ на оборотах nГГ = 2500 об/мин в процессе запуска; 2. при открытии КПВ на режиме nТК ≥ 7150 об/мин 15 Табло «Дозатор газа негерметичен» Табло «Давление масла на входе в ДГ» Табло «Вибрация» Табло «Стружка в масле» Табло «Неоткрытие КПВ» на оборотах nГГ = 4000…4500 об/мин и при нормальном останове Табло «Открытие КПВ на режиме» 6 Визуальный контроль. Эксплуатация газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-8Б 1 13 14 15 2 Помпаж компрессора Перестройка ОГ-12 до ограничения максимальных оборотов ГГ Обороты свободной турбины 3 0…8700 об/мин 16 Обороты свободной турбины 0…9300 об/мин 17 Давление воздуха за компрессором Разряжение на входе в двигатель 1…11 кг/см2 18 19 Засорение главного маслофильтра 0…150 мм вод. ст 4 При помпаже – аварийный останов Сигнализация При nСТ = 8600±50 об/мин (на двигателе с гидромеханической САР) – ограничение оборотов; при nСТ = 8700±50 об/мин (на двигателе с электронной САР) – аварийный останов При nСТ = 9130±140 об/мин – аварийный останов (на двигателях с гидромеханической и электронной САР) Р2 max указано в формуляре двигателя 60 мм вод. ст – сигнализация. При разряжении более 90 мм вод. ст – аварийный останов Нормальный останов 16 5 Табло «Помпаж» Табло «Регулятор оборотов на упоре» Раскачка оборотов СТ Табло «Обороты свободной турбины» Табло «Разряжение ВОУ» Сигнализация «Засорение маслофильтра» 6