Mathematical modeling of the high-pressure hydraulic drive of a regulating valve control system of the steam turbine of a steam-electric plant

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: High-pressure hydraulic drives are used to control the shut-off valves of steam and gas turbines. Currently, there is a trend of transition from the low-pressure control systems to the high-pressure control systems, which leads to decrease of size of a control unit and to ensuring easy reparability. The Bosch Rexroth high-pressure hydraulic actuators are widely used. These hydraulic drives are capable of moving the shut-off valve element during up to 0.3 s.

AIM: Development of the mathematical model to obtain main dynamic characteristics of a hydraulic drive of the regulating valve control system of the steam turbine of a steam-electric plant.

METHODS: The studies of dynamic characteristics were carried out with a numerical method using the MATLAB/Simulink software.

RESULTS: The mathematical model of the high-pressure hydraulic drive of the regulating valve control system of the steam turbine of a steam-electric plant, capable of moving the shut-off valve element during up to 0.3 s, was developed. The dynamical characteristics, such as displacement and velocity of the shut-off valve element of the regulating valve, pressure change in the hydraulic cylinder cavities, displacement of a plunger of a spool valve, are presented. The possibility of reducing the list of the used hydraulic equipment was also considered: a comparison of the system with accelerator valves and without accelerator valves was carried out.

CONCLUSION: The practical value of the study lies in the possibility of using the developed mathematical model in the study of various types of hydraulic drives.

About the authors

Elizaveta Yu. Romanchuk

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: elizabetaromanchuk@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8448-8813
SPIN-code: 4234-0540

1st year Graduate Student of the Higher School of Power Engineering of the Institute of Energy

Russian Federation, 29 Polytekhnicheskaya street, 194064 Saint Petersburg

Lyubov A. Kotkas

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: kotkas334@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5485-2183
SPIN-code: 7620-2811

1st year Graduate Student of the Higher School of Power Engineering of the Institute of Energy

Russian Federation, 29 Polytekhnicheskaya street, 194064 Saint Petersburg

Alexander A. Zharkovsky

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: azharkovsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3044-8768
SPIN-code: 3637-7853

Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Higher School of Power Engineering of the Institute of Energy

Russian Federation, 29 Polytekhnicheskaya street, 194064 Saint Petersburg

Nikita А. Zhurkin

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: zhurkin47@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2851-5626
SPIN-code: 8188-7731

Assistant of the Higher School of Power Engineering of the Institute of Energy

Russian Federation, 29 Polytekhnicheskaya street, 194064 Saint Petersburg

References

  1. Ildiyarov EN, Sizov AN, Chubarov FL. Electromechanical drive-type based, electrohydraulic control circuit for the speed of the steam turbine investigation. Modern high technologies. 2018;4:44–48 (in Russ.)
  2. Gulyy VA. On the question of the use of GTZA with direct transmission on linear nuclear icebreakers. Marine intellectual technologies. 2021;3(1):96–103. (in Russ.) doi: 10.37220/MIT.2021.53.3.038
  3. Tubyansky LI, Frenkel LD. High-pressure steam turbines of the Leningrad Metal Plant. Construction and maintenance. Мoscow: GEIT; 1956. (in Russ.)
  4. Pneumax. [internet] Accessed: 18.12.2023. Available from: https://www.pneumax-msk.ru.
  5. Patent RUS 2670470 / 23.10.2018 Gulyy VA, Ilyin OK, Ostrovsky VG. Gidrosistema ypravlenia klapanami parovoi turbiny. (in Russ.)
  6. Bosch Rexroth. Hydraulic drive for regulating and locking steam and gas turbines [internet] Accessed: 18.12.2023. Available from: https://dc-ru.resource.bosch.com/media/ru/images_45/product_groups_1/me_3/r-rs_08122_2013_02-web.pdf
  7. Voith. Actuators and control systems for turbomachinery. [internet] Accessed: 18.12.2023. Available from: https://voith.com/corp-en/products-services/automation-digital-solutions/actuators-and-control-systems.html
  8. Popov DN. Dynamics and regulation of hydro and pneumatic systems. Moscow: Machinostroenie, 1987;2. (in Russ.)
  9. Bashta ТМ. Mechanical engineering hydraulics. Moscow: Machinostroenie, 1971. (in Russ.).
  10. Borovin GK, Kostyuk AV, Seet G, Yastrebov VV. Computer simulation of hydraulic system of exoskeleton. Matematicheskoe modelirovanie. 2006;10:39–54. (in Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The Bosch Rexroth hydraulic drive for turbine valves control: а — a general view; b — a hydraulic circuit diagram.

Download (151KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The analytical diagram of the studied regulating valve (RV) control system: ЭМП — an electric-mechanical transducer; С-З — a ‘nozzle-flapper’ hydraulic power assist; P1 — a spool valve; Ц — a hydraulic cylinder; p0 — pressure in the pump line; pсл — pressure in the discharge line; pну — pressure of the control pump; xн — displacement of the spool valve plunger; p1 — pressure in the working cavity of the hydraulic cylinder; p2 — pressure in the discharge cavity of the hydraulic cylinder; Q1 — working fluid inlet rate; Q2 — working fluid outlet rate; M — mass of the shut-off valve element; y — displacement of the shut-off valve element of the RV; cпр — spring stiffness; h — viscous friction coefficient.

Download (157KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The mathematical model of the system without the accelerating valves in the MATLAB/Simulink software.

Download (41KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The block diagram of the two-stage proportional electrohydraulic valve P1.

Download (29KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The mathematical model of the system with the accelerating valves in the MATLAB/Simulink software.

Download (34KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Displacement of the plunger of the spool valve.

Download (74KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Displacement of the shut-off valve element of the RV.

Download (64KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Velocity of the shut-off valve element of the RV.

Download (61KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Pressure changes in the hydraulic cylinder cavities.

Download (75KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».