Способ управления турбинной установкой и турбинная установка

Способ управления турбинной установкой и турбинная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу управления турбинной установкой и к турбинной установке, в частности к способу управления турбинной установкой и к турбинной установке, преимущественно используемым в замкнутом газотурбинном цикле, где рабочая среда циркулирует в замкнутой системе, а источником тепла служит атомный реактор или подобное устройство.

Уровень техники

В замкнутом газотурбинном цикле, где рабочая среда циркулирует в замкнутой системе, в которой источником тепла служит атомный реактор или подобное устройство, функции двигателя требуются только во время разгона при пуске, применяемое при этом электрическое устройство СПЧ (статический преобразователь частоты) или подобные устройства, которые позволяют использовать в качестве двигателя генератор, делают как можно менее мощными, чтобы снизить стоимость энергетического оборудования.

Следовательно, в замкнутом газотурбинном цикле выход на номинальное число оборотов происходит при понижении в замкнутой системе количества рабочей среды, например гелия, до степени переноса гранул топлива внутри атомного реактора потоком гелия, а также при пониженной температуре.

Для этого ранее предлагались технологии, предусматривающие уменьшение количества рабочей среды в замкнутом контуре (см., например, японскую патентную публикацию №3020853).

Однако скорость подъема температуры в атомном реакторе ограничена, а поэтому, даже когда газовая турбина в замкнутом цикле вышла на номинальные обороты, генератор еще некоторое время работает как двигатель. Таким образом, имеет место продолжительный режим, при котором к редуктору, расположенному между газовой турбиной и генератором, прилагается отрицательный по направлению крутящий момент.

Затем температура поступающей в турбину рабочей среды повышается за счет тепла атомного реактора и производительность турбины возрастает. При этом происходит обращение кинематической схемы турбинной установки, а отрицательный крутящий момент на редукторе сменяется положительным.

Для редуктора установлена некоторая минимальная нагрузка, при которой предотвращается износ из-за переключения нагрузки из стандартного значения под действием собственного веса редуктора или из-за перевода контактного положения зубьев из стандартного положения.

При этом, когда отрицательный крутящий момент на редукторе сменяется положительным, как описано выше, возникает проблема из-за того, что он неизбежно становится меньше установленного минимума.

Кроме того, поскольку скорость подъема температуры в атомном реакторе ограничена, также ограничена и скорость увеличения крутящего момента на редукторе или подобном ему оборудовании, и поэтому сложно сократить период времени, в течение которого крутящий момент будет меньше установленного минимума.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предложено для решения вышеописанной проблемы, и, следовательно, его цель - обеспечить способ управления турбинной установкой и турбинную установку, позволяющие производить операцию пуска, управляя нагрузкой на редукторе при соблюдении ограничений, налагаемых на оборудование, обеспеченное в комплектации с турбинной установкой.

Для достижения указанной цели в рамках настоящего изобретения предлагаются следующие средства.

Заявлен способ управления турбинной установкой, отличающийся тем, что турбинная установка включает в себя компрессор для сжатия рабочей среды; источник тепла для подогрева сжатой рабочей среды; турбину, приводимую во вращение нагретой рабочей средой; циркуляционный контур, по которому рабочая среда циркулирует, по меньшей мере, между компрессором, источником тепла и турбиной; при этом заявленный способ предусматривает этап повышения температуры, на котором повышают температуру подаваемой в турбину рабочей среды; этап повышения расхода, на котором повышают расход рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода на вход компрессора, во время повышения источником тепла температуры рабочей среды, подаваемой в турбину из источника тепла; и этап понижения расхода, на котором снижают расход рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода на вход компрессора, по истечении заданного периода времени после повышения расхода через байпас.

Согласно настоящему изобретению при повышении температуры рабочей среды, подаваемой в турбину, расход рабочей среды через байпас повышают на некоторое заданное время, а затем снижают, что позволяет сократить период времени, в течение которого нагрузка на редукторе ближе к 0, чем к некоторой заданной величине.

То есть, с началом подъема температуры подаваемой в турбину рабочей среды, увеличивая расход рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода на вход компрессора, т.е. циркулирующей между выходом и входом компрессора, повышают потребный крутящий момент на компрессоре, а также повышают нагрузку на редукторе. В дальнейшем температура подаваемой в турбину рабочей среды продолжает расти со временем, из-за чего растет развиваемый турбиной крутящий момент, а нагрузка на редукторе постепенно приближается к нулю.

По истечении заданного периода времени после начала повышения температуры рабочей среды абсолютное значение нагрузки на редукторе приближается к заданному значению, при котором предотвращается износ редуктора в этом режиме, поэтому расход рабочей среды через байпас снижают. При этом расход рабочей среды через компрессор падает, и также падает потребный крутящий момент на компрессоре. Вместе с этим, турбина развивает достаточный крутящий момент, в результате чего нагрузка на редукторе меняет знак на противоположный тому, который она имела до этого момента. Например, если нагрузку при вращении компрессора или подобного оборудования посредством генератора считать отрицательной, то нагрузка становится положительной. По величине же положительная нагрузка на редукторе становится больше вышеуказанной заданной величины.

При этом, нагрузкой на редукторе управляют одним только расходом рабочей среды через байпас, а потому даже если источник тепла имеет ограниченную скорость повышения температуры, как, например, атомный реактор или подобное устройство, можно регулировать нагрузку на редукторе, и при этом в рамках ограничений на темп раскрутки или подобных, налагаемых на источник тепла.

Предпочтительно, заявленный способ дополнительно включает в себя: первый вычислительный этап, на котором вычисляют расход рабочей среды через байпас на этапе повышения расхода и этапе понижения расхода, исходя из периода времени, прошедшего после начала повышения температуры рабочей среды; второй вычислительный этап, на котором вычисляют расход через байпас, необходимый для предотвращения помпажа компрессора, исходя из соотношения давлений на входе и выходе компрессора, а также измененное число оборотов компрессора, исходя из температуры рабочей среды на входе в компрессор; этап выбора, на котором выбирают бóльшую из двух величин расхода, вычисленных на первом и втором вычислительных этапах; этап регулирования расхода рабочей среды через байпас, на котором расход рабочей среды, перепускаемой с выхода на вход компрессора, регулируют до выбранной величины.

Согласно настоящему изобретению, выбирают бóльшую из двух величин расхода через байпас, одна из которых вычислена исходя из периода времени, прошедшего после начала повышения температуры рабочей среды, а другая - как необходимая для предотвращения помпажа компрессора, что позволяет предотвратить падение нагрузки на редукторе до величины, которая ближе к 0, чем к заданной величине, а также предотвратить возникновение помпажа компрессора.

Турбинная установка согласно настоящему изобретению включает в себя; компрессор для сжатия рабочей среды; турбину, приводимую во вращение рабочей средой; циркуляционный контур, по которому рабочая среда циркулирует, по меньшей мере, между компрессором и турбиной; байпас для перепускания рабочей среды с выхода на вход компрессора; регулятор расхода для регулирования расхода рабочей среды через байпас; двигатель для приведения во вращение турбины и компрессора с использованием редуктора при пуске; и управляющее устройство для реализации заявленного способа управления.

Согласно настоящему изобретению, управляющее устройство заявленным способом регулирует расход рабочей среды, перепускаемой через байпас с выхода на вход компрессора, и управляет нагрузкой на редукторе.

При этом нагрузкой на редукторе управляют одним только расходом рабочей среды через байпас, поэтому, даже если источник тепла имеет ограничения по скорости повышения температуры, как, например, атомный реактор или подобное устройство, нагрузку на редукторе можно регулировать в рамках ограничений на скорость увеличения температуры или подобных, налагаемых на источник тепла.

Согласно заявленному изобретению, способ управления турбинной установкой и турбинная установка при повышении температуры подаваемой в турбину рабочей среды за счет повышения на некоторое заданное время расхода рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода на вход компрессора, и последующего снижения расхода через байпас, позволяют в ходе пуска турбинного оборудования регулировать нагрузку на редукторе в рамках ограничений, налагаемых на оборудование в составе турбинной установки.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически представлена компоновка энергетической установки согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.1.

На фиг.3 графически представлен алгоритм, поясняющий регулирование при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.

На фиг.4 показан график изменения во времени температуры рабочей среды на входе в турбину энергетической установки с фиг.1 и степени открытия второго перепускного клапана.

На фиг.5 показан график, поясняющий приложение крутящего момента к редуктору энергетической установки, представленной на фиг.1.

На фиг.6 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой согласно модификации первого варианта реализации настоящего изобретения.

На фиг.7 показан график изменения во времени температуры рабочей среды на входе в турбину и степени открытия первого и второго перепускных клапанов при пуске энергетической установки, представленной на фиг.6.

На фиг.8 схематически представлена энергетическая установка согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.9 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.8.

На фиг.10 графически представлен алгоритм управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.9.

На фиг.11 схематически представлена компоновка энергетической установки согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.12 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.11.

На фиг.13 графически представлен алгоритм управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.11.

Предпочтительные варианты реализации изобретения

Первый вариант

Ниже со ссылками на фиг.1-5 поясняется работа энергетической установки с газовой турбиной замкнутого цикла согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.1 схематически показана энергетическая установка согласно данному варианту реализации настоящего изобретения.

Для данного варианта реализации пояснения даются применительно к энергетической установке с газовой турбиной, где по циркуляционному контуру, образующему замкнутую систему, в качестве рабочей среды циркулирует гелий, а источником тепла для подогрева сжатой рабочей среды служит атомный реактор.

Как показано на фиг.1, энергетическая (турбинная) установка 1 содержит, в основном, турбину 3, компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления и редуктор 6, установленные на одном вращающемся валу 2; соединенный с редуктором 6 генератор (двигатель) 7, атомный реактор 8 для нагрева рабочей среды, сжатой компрессором 5 высокого давления, и циркуляционный контур, по которому рабочая среда последовательно проходит через атомный реактор 8, турбину 3, компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления.

Как показано на фиг.1, турбина 3 установлена на валу 2 и приводится во вращение высокотемпературной рабочей средой, поступающей под высоким давлением из атомного реактора 8.

Рабочая среда может проходить по циркуляционному контуру 9 от атомного реактора 8 к турбине 3 и от турбины 3 к компрессору 4 низкого давления.

На фиг.1 также показано, что компрессор 4 низкого давления установлен на вращающемся валу 2 и служит для сжатия рабочей среды за счет вращения вала 2.

Рабочая среда может проходить по циркуляционному контуру 9 от турбины 3 к компрессору 4 низкого давления и от компрессора 4 низкого давления к компрессору 5 высокого давления.

На фиг.1, далее, показано, что компрессор 5 высокого давления установлен на вращающемся валу 2 и служит для сжатия рабочей среды за счет вращения вала 2.

Рабочая среда далее может проходить по циркуляционному контуру 9 от компрессора 4 низкого давления к компрессору 5 высокого давления и от компрессора 5 высокого давления в атомный реактор 8.

Как показано на фиг.1, атомный реактор 8 расположен между компрессором 5 высокого давления и турбиной 3 и обеспечивает подачу в турбину высокотемпературной среды с высоким давлением, для чего нагревает рабочую среду, поступающую под высоким давлением из компрессора 5 высокого давления.

Рабочая среда может проходить по циркуляционному контуру 9 от компрессора 5 высокого давления в атомный реактор 8 и от реактора 8 к турбине 3.

На фиг.1 показано, что редуктор 6 соединяет вал 2 и генератор 7 с возможностью передачи крутящего момента как с вала 2 на генератор 7, так и с генератора 7 на вал 2 при преобразовании вращения.

Редуктор 6 представляет собой несколько зубчатых колес, взаимодействующих по той или иной схеме. Например, в редукторе может использоваться планетарная передача, хотя настоящее изобретение этой схемой не ограничивается.

Как показано на фиг.1, генератор 7 соединен с редуктором 6 с возможностью передачи вращающего усилия и, когда энергетическая установка 1 находится в рабочем режиме, через вал 2 и редуктор 6 приводится во вращение для выработки электроэнергии турбиной 3.

При пуске же энергетической установки 1 турбину 3, компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления приводят во вращение генератором 7 через вал 2 и редуктор 6, используя энергию, подаваемую извне.

Как показано на фиг.1, циркуляционный контур 9 служит для циркуляции рабочей среды между атомным реактором 8, турбиной 3, компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления.

Циркуляционный контур 9 оснащен регенеративным теплообменником 21, для осуществления теплообмена между рабочей средой, выходящей из турбины 3, и рабочей средой, выходящей из компрессора 5 высокого давления; холодильником 22 для осуществления теплообмена между рабочей средой на входе в компрессор 4 низкого давления и морской водой; а также промежуточным холодильником 23 для осуществления теплообмена между рабочей средой, выходящей из компрессора 4 низкого давления, и морской водой.

На фиг.1 показано, что регенеративный теплообменник 21 служит для нагрева поступающей в реактор 8 рабочей среды за счет тепла, отбираемого у рабочей среды, выходящей из турбины 3. Регенеративный теплообменник 21 находится между турбиной 3 и компрессором 4 низкого давления, и одновременно между компрессором 5 высокого давления и атомным реактором 8.

Как показано на фиг.1, холодильник 22 - это теплообменник для передачи тепла рабочей среды, выходящей из регенеративного теплообменника 21, морской воде. Холодильник 22 расположен между теплообменником 21 и компрессором 4 низкого давления.

При этом, холодильник 22 может работать за счет отбора тепла у рабочей среды морской водой, как описано выше, либо иной средой, без ограничений для настоящего изобретения.

Как показано на фиг.1, промежуточный холодильник 23 служит для отбора тепла у рабочей среды, выходящей из компрессора 4 низкого давления, морской водой. Промежуточный холодильник 23 находится между компрессором 4 низкого давления и компрессором 5 высокого давления.

При этом промежуточный холодильник 23 может работать за счет отбора тепла у рабочей среды морской водой, как описано выше, либо иной средой, без ограничений для настоящего изобретения.

Далее, как показано на фиг.1, в циркуляционном контуре 9 имеется первый байпас 31 для повышения расхода текучей среды на входе в компрессор 4 низкого давления, а также второй байпас 32 для регулирования количества рабочей среды в контуре, т.е. для регулирования расхода рабочей среды в контуре 9, а также для повышения расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и в компрессор 5 высокого давления.

Как показано на фиг.1, первый байпас 31 служит для перепуска части рабочей среды с выхода промежуточного холодильника 23 в точку между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления. Иначе говоря, первый байпас 31 представляет собой тракт, один конец которого подключен к циркуляционному контуру 9 между холодильником 23 и компрессором 5 высокого давления, а другой конец - между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления.

В тракте первого байпаса 31 имеется первый перепускной клапан 36 для регулирования расхода рабочей среды через байпас.

Как показано на фиг.1, первый перепускной клапан 36 установлен в тракте первого байпаса 31 для регулирования расхода рабочей среды через первый байпас 31. Иначе говоря, первый перепускной клапан служит для регулирования расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления, чтобы предотвращать возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.

Хотя пояснения для данного варианта реализации даются применительно к двум клапанам 36, установленным параллельно, настоящее изобретение не ограничивается именно этим количеством, клапанов может быть больше или меньше.

Как показано на фиг.1, второй байпас 32 представляет собой тракт, по которому можно подавать рабочую среду как на выход компрессора 5 высокого давления, так и на вход компрессора 4 низкого давления, а также перепускать часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления в точку между теплообменником 21 и холодильником 22. Иначе говоря, второй байпас 32 представляет собой тракт, одним концом подключенный между компрессором 5 высокого давления и регенеративным теплообменником 21, а другим - между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления.

Второй байпас 32 оснащен первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42, которые соединены с внешней системой подачи рабочей среды, при этом между первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42 установлен второй перепускной клапан (регулятор расхода) 43.

Первый бак-аккумулятор 41 представляет собой емкость, расположенную в тракте второго байпаса 32 на стороне компрессора 5 высокого давления. Второй бак-аккумулятор расположен в тракте второго байпаса на стороне холодильника 22.

Подачу рабочей среды в циркуляционный контур 9 из системы подачи производят через первый бак-аккумулятор 41, второй бак-аккумулятор 42 или через оба бака одновременно.

Если же регулируют расход рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления, то часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления перепускают последовательно через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42 и возвращают в контур между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22.

Как показано на фиг.1, второй перепускной клапан установлен в тракте второго байпаса 32 между первым баком-аккумулятором 41 и вторым баком-аккумулятором 42 и служит для регулирования расхода рабочей среды через второй байпас 32. Иначе говоря, второй перепускной клапан 43 служит для регулирования расхода рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления в рабочем режиме энергетической установки 1, а также для регулирования нагрузки на редукторе 6 во время пуска.

Как показано на фиг.2, на вход второго перепускного клапана 43 поступает управляющий сигнал от второго программного регулятора 51.

Хотя пояснения для данного варианта реализации заявленного изобретения даются применительно к двум вторым перепускным клапанам 43, установленным параллельно, настоящее изобретение не ограничивается именно этим количеством, вторых перепускных клапанов может быть больше или меньше.

На фиг.2 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой, представленной на фиг.1.

Далее, как показано на фиг.2, в составе энергетической установки 1 имеется второй программный регулятор 51 для управления вторым перепускным клапаном на основании команды на повышение температуры рабочей среды.

Ниже разъясняется порядок управления первым перепускным клапаном 36 со стороны второго программного регулятора 51.

Далее разъясняется принцип действия энергетической установки 1, имеющей вышеописанную компоновку.

В рабочем режиме, т.е. когда энергетическая установка 1 вырабатывает электроэнергию, рабочая среда под высоким давлением поступает в атомный реактор 8, нагревается дополнительно за счет тепла реактора до температуры, например, порядка 900°С, и поступает обратно в циркуляционный контур 9.

По циркуляционному контуру 9 рабочая среда поступает в турбину 3. Турбина 3 за счет энергии высокотемпературной рабочей среды с высоким давлением создает вращающее усилие и передает его валу 2.

Вращающее усилие от вала 2 передается на редуктор 6 и далее на генератор 7. Редуктор 6 понижает число оборотов вала 2 до числа оборотов, требуемого для вращения генератора 7.

Генератор 7 вырабатывает электроэнергию за счет передаваемого ему вращающего усилия.

Выходящая из турбины 3 рабочая среда имеет температуру, сниженную приблизительно до 500°С, и по циркуляционному контуру 9 поступает в регенеративный теплообменник 21. В теплообменнике 21 происходит теплообмен между рабочей средой, выходящей из турбины 3, и рабочей средой, выходящей из компрессора 5 высокого давления, описанного ниже, после чего рабочая среда выходит из регенеративного теплообменника 21.

Из регенеративного теплообменника 21 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в холодильник 22, где отдает тепло морской воде, охлажденной приблизительно до 20°С, после чего рабочая среда выходит из холодильника 22.

Из холодильника 22 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает на вход компрессора 4 низкого давления. Компрессор 4 низкого давления сжимает поступающую в него рабочую среду за счет крутящего момента от турбины 3 на валу 2, и отдает ее обратно в циркуляционный контур 9.

Из компрессора 4 низкого давления рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в промежуточный холодильник 23, где отдает тепло морской воде, охлажденной до приблизительно 20°С, после чего рабочая среда выходит из промежуточного холодильника.

Из промежуточного холодильника 23 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает на вход в компрессор 5 высокого давления. Компрессор 5 высокого давления повышает давление поступающей в него рабочей среды, сжатой компрессором 4 низкого давления, за счет крутящего момента от турбины 3 на валу 2, и отдает рабочую среду обратно в циркуляционный контур 9.

Из компрессора 5 высокого давления рабочая среда по циркуляционному контуру 9 поступает в регенеративный теплообменник 21, где отбирает тепло у рабочей среды, выходящей из турбины 3, нагретой, например, до приблизительно 450°С, и возвращается в циркуляционный контур 9.

Из регенеративного теплообменника 21 рабочая среда по циркуляционному контуру 9 снова поступает в атомный реактор 8, после чего вышеописанная процедура повторяется.

Если расход рабочей среды через циркуляционный контур 9 мал, т.е. если мал расход на входе в компрессор 4 низкого давления, то открывают первый перепускной клапан 36, чтобы предотвратить возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.

То есть, открывая первый перепускной клапан 36, возвращают по первому байпасу 31 часть рабочей среды, прошедшей компрессор 4 низкого давления и промежуточный холодильник 23, в циркуляционный контур 9 между холодильником 22 и компрессором 4 низкого давления. Из-за этого расход на входе в компрессор 4 низкого давления возрастает по сравнению с расходом через контур 9 в целом, что предотвращает возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления.

Если же мал расход рабочей среды на входе в компрессор 4 низкого давления и в компрессор 5 высокого давления, то открывают второй перепускной клапан 43, чтобы предотвратить возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления 4 и компрессора 5 высокого давления.

То есть, открывая второй перепускной клапан 43, перепускают по второму байпасу 32, через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42, часть рабочей среды с выхода компрессора 5 высокого давления назад в циркуляционный контур 9 между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22. Таким образом, расход рабочей среды, проходящей через компрессор 4 низкого давления и компрессор 5 высокого давления возрастает по сравнению с расходом через контур 9 в целом, что предотвращает возникновение помпажа компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления.

Наконец, если количество рабочей среды в циркуляционном контуре 9 мало, рабочую среду добавляют в циркуляционный контур из системы подачи рабочей среды, подключенной через первый бак-аккумулятор 41 и второй бак-аккумулятор 42.

Ниже раскрывается процесс управления пуском энергетической установки 1, применяемый в настоящем варианте реализации заявленного изобретения.

На фиг.3 графически представлен алгоритм управления при пуске энергетической установки, представленной на фиг.1.

При пуске показанной на фиг.1 энергетической установки 1 на генератор 7 подают питание извне. Запитанный генератор 7 работает как двигатель и создает вращающее усилие для вращения турбины 3, компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления через редуктор 6 и вал 2.

На фиг.4 показан график, поясняющий изменение во времени температуры рабочей среды, поступающей в турбину энергетической установки с фиг.1, и степени открытия второго перепускного клапана. На фиг.5 показан график крутящего момента, приложенного к редуктору энергетической установки с фиг.1.

Здесь положительные значения крутящего момента на графике с фиг.5 относятся к нагрузке на редукторе 6 при вращении генератора 7 турбиной 3, а отрицательные - при вращении турбины 3 и компрессора 4 низкого давления и компрессора 5 высокого давления генератором 7.

Турбину 3 и прочее оборудование раскручивают до номинального числа оборотов, например 6000 об/мин, до тех пор, пока не запустят энергетическую установку 1 и не получат команду на повышение температуры (Т1). В этот период температуру Tin рабочей среды, поступающей в турбину 3, и степень V2 открытия второго перепускного клапана поддерживают постоянными, как показано на фиг.4 и фиг.5. Поэтому на редукторе поддерживается отрицательный крутящий момент -Q.

Затем, когда энергетическая установка 1 получает команду на повышение температуры (Т1), как показано на фиг.4, начинают повышение температуры реактора 8, а также повышение температуры Tin рабочей среды, нагреваемой в реакторе 8 и подаваемой в турбину 3 (этап S1 повышения температуры).

В это же время второй программный регулятор 51 регулирует степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 (этап S2 повышения расхода).

С ростом температуры Tin подаваемой в турбину 3 рабочей среды растет и создаваемое турбиной 3 вращающее усилие. При открытии же второго перепускного клапана 43 возрастает расход рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода компрессора 5 высокого давления в точку циркуляционного контура 9 между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22, при этом растет потребный крутящий момент на компрессоре 4 низкого давления и компрессоре 5 высокого давления.

При уменьшении абсолютного значения крутящего момента, прилагаемого к редуктору 6 за счет вращающего усилия, развиваемого турбиной 3, происходит повышение его абсолютого значения за счет увеличения крутящего момента на компрессоре 4 низкого давления и компрессоре 5 высокого давления, и, таким образом, абсолютное значение крутящего момента в целом растет, как показано на фиг.5 (снижается по мере продвижения в правую часть графика с фиг.5).

Повышение температуры в атомном реакторе 8 продолжается и после открытия второго перепускного клапана 43, а потому, как показано на фиг.4, продолжается рост температуры Tin рабочей среды на входе в турбину 3.

Таким образом, развиваемое турбиной 3 вращающее усилие продолжает расти, и, как показано на фиг.5, абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6 падает по мере роста температуры рабочей среды на входе в турбину 3 (по мере продвижения в правую часть графика).

По истечении заданного периода времени после поступления команды на повышение температуры, а именно в момент времени Т2, крутящий момент на редукторе достигает заданного значения -Q.

Здесь второй программный регулятор 51 уменьшает степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 (этап S3 снижения расхода).

С уменьшением степени V2 открытия второго перепускного клапана 43 падает расход рабочей среды, перепускаемой по байпасу с выхода компрессора 5 высокого давления в точку циркуляционного контура 9 между регенеративным теплообменником 21 и холодильником 22, а с ним падает и потребный крутящий момент на компрессоре 4 низкого давления и компрессоре 5 высокого давления.

Крутящий момент на редукторе 6 резко возрастает и преодолевает интервал между отрицательным значением -Q1 и положительным значением Q1 за счет падения потребного крутящего момента на компрессоре 4 низкого давления и компрессоре 5 высокого давления.

На графике с фиг.5 пунктирной линией показано изменение во времени крутящего момента на редукторе 6 при условии, что температура Tin рабочей среды на входе в турбину растет, а степенью открытия второго перепускного клапана 43 не управляют.

Как показано на фиг.5, управление степенью открытия второго перепускного клапана 43 со стороны второго программного регулятора 51 позволяет сократить период времени, в течение которого крутящий момент на редукторе 6 находится в интервале между отрицательным первым заданным значением -Q1 и положительным первым заданным значением Q1.

Далее, на фиг.5 в интервале между положительным первым заданным значением Q1 и отрицательным первым заданным значением -Q1 значение крутящего момента на редукторе 6 мало, а потому велика вероятность развития износа на шестернях и т.п. редуктора 6.

Согласно настоящему изобретению, во время повышения температуры Tin подаваемой в турбину 3 рабочей среды расход рабочей среды через байпас повышают на некоторое заданное время, а затем снижают, что позволяет сократить период времени, в течение которого абсолютное значение нагрузки на редукторе 6 ближе к 0, чем к заданному крутящему моменту -Q1. Таким образом, во время операции пуска можно регулировать крутящий момент на редукторе 6, соблюдая при этом ограничения на скорость повышения температуры и подобные, налагаемые на атомный реактор 8, которым укомплектована энергетическая установка 1.

При этом крутящим моментом на редукторе 6 управляют, регулируя только расход рабочей среды через байпас, а потому даже если источник тепла при энергетической установке 1 имеет ограничения по скорости повышения температуры, как, например, атомный реактор 8 или подобное устройство, можно регулировать крутящий момент на редукторе 6, причем в рамках ограничений на скорость повышения температуры или подобных, налагаемых на атомный реактор 8.

Модификация первого варианта

Ниже описывается модификация первого варианта реализации настоящего изобретения со ссылками на фиг.6 и фиг.7.

Хотя базовый состав энергетической установки для данной модификации в основном не отличается от описанного выше для первого варианта, данная модификация отличается от первого варианта способом управления первым перепускным клапаном. Поэтому для данной со ссылками на фиг.6-7 поясняется только порядок управления первым перепускным клапаном, а описание прочих составляющих элементов опускается.

На фиг.6 показана блок-схема, поясняющая управление энергетической установкой согласно данной модификации.

Составляющие элементы, совпадающие с элементами, раскрытыми применительно к первому варианту реализации заявленного изобретения, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опускается.

Как показано на фиг.6, управляющее устройство 150 энергетической установки 101 в данном варианте реализации содержит второй программный регулятор (регулятор) 51 для управления степенью открытия второго перепускного клапана 43, а также первый программный регулятор 151 для управления степенью открытия первого перепускного клапана (регулятора расхода) 36.

Первый программный регулятор 151 управляет степенью открытия первого перепускного клапана 36 на основании пусковой команды на повышение температуры.

Ниже объясняется порядок управления степенью открытия первого перепускного клапана 36 со стороны программного регулятора 151.

Далее поясняется регулирование при пуске энергетической установке 101, применяемое для данного варианта реализации заявленного изобретения.

При этом, хотя в ходе процедуры пуска второй программный регулятор 51 и первый программный регулятор 151 управляют степенью открытия второго перепускного клапана 43 и первого перепускного клапана 36 соответственно, второй программный регулятор 51 не отличается от подобного регулятора согласно первому варианту, а потому его описание опускается.

Кроме того, энергетическая установка 101 вырабатывает электроэнергию таким же образом, как и в первом варианте реализации заявленного изобретения, поэтому соответствующее описание опускается.

На фиг.7 показан график, поясняющий изменение во времени температуры рабочей среды на входе в турбину при пуске энергетической установки согласно фиг.6, а также изменение во времени степени открытия первого и второго перепускных клапанов. При этом кривая V1 на фиг.7 показывает степень открытия первого перепускного клапана 36, а кривая V2 - степень открытия второго перепускного клапана 43.

Турбину 3 и прочее оборудование приводят во вращение со скоростью, например, 6000 об/мин до тех пор, пока не запустят энергетическую установку 101 и не отдадут команду на повышение температуры (момент времени Т1). В этот период температуру Tin рабочей среды на входе в турбину 3, степень V1 открытия первого перепускного клапана 36 и степень V2 открытия второго перепускного клапана 43 поддерживают постоянными, как показано на фиг.7.

Затем, когда энергетическая установка 101 получает команду на повышение температуры (момент времени Т1), как показано на фиг.7, начинают повышение температуры атомного реактора 8, а также повышение температуры Tin рабочей среды, нагреваемой реактором 8 и подаваемой в турбину 3.

В это же время первый программный регулятор 151 управляет степенью V2 открытия первого перепускного клапана 36.

При открытии первого перепускного клапана 36 часть рабочей среды, прошедшая компрессор 4 низкого давления и промежуточный холодильник 23, возвращается по первому байпасу 31 обратно на вход компрессора 4 низкого давления. Иначе говоря, расход рабочей среды, сжимаемой в компрессоре 4 низкого давления, растет, а с ним растет и потребный крутящий момент для компрессора 4 низкого давления (см. фиг.1).

Далее также возрастает абсолютное значение крутящего момента на редукторе 6, расположенном между работающим в качестве двигателя генератором 7 и компрессором 4 низкого давления.

После открытия первог