CH657184A5

CH657184A5 - DEVICE FOR REGULATING A TURBINE AND PROTECTING IT FROM OVER SPEED AND METHOD FOR TESTING THE QUICK-CLOSE FUNCTION OF THIS DEVICE.

Info

Publication number: CH657184A5
Application number: CH4440/81A
Authority: CH
Inventors: Rolf Dipl-Ing Albers; Wilfried Dipl-Ing Blotenberg; Heinrich Dipl-Ing Dick; Guenter Lunacek; Albert Dipl-Ing Harrer
Original assignee: Simmering Graz Pauker Ag; Voith Getriebe Kg; Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1986-08-15
Also published as: GB2079987B; GB2079987A; FR2486144A1; AT370851B; IT8122786A1; DE3126069C2; DE3126069A1; IT8122786A0; IT1167548B; FR2486144B1; ATA353880A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5. The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 5.

Bisher war es üblich, die Regelung von Turbinen, einschliesslich der Notsteuerung, über mechanisch-hydraulische Systeme vorzunehmen. Hiebei war für den Normalbetrieb ein Drehzahlregler vorgesehen, welcher über einen mecha-nisch-hydraulischen Weg die Betätigung der Steuerventile besorgte. Zum Schutze von Überdrehzahlen war eine Überdrehzahl-Schnellschlussauslösung vorgesehen, welche im wesentlichen aus einem in der Turbinen welle eingelassenen Bolzen bestand, welcher, wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wurde, vorwiegend durch die Wirkung der Fliehkraft eine Klinke betätigte, die über einen Umschaltantrieb die Freigabe des Kraftöls für die Betätigung der Schnellschlussventile bewirkte. Zur elektrischen Notauslösung von dritter Seite, z.B. durch übergeordnete Systeme, wie Generatorschutz, elektrische Not-Austasten usw., war zusätzlich ein Magnetventil im Kraftölzulauf vorhanden. Until now, it has been common practice to control turbines, including emergency control, using mechanical-hydraulic systems. A speed controller was provided for normal operation, which operated the control valves via a mechanical-hydraulic path. To protect against overspeed, an overspeed quick-action release was provided, which essentially consisted of a bolt embedded in the turbine shaft, which, when a certain speed was exceeded, mainly actuated a pawl by the action of the centrifugal force, which released the release of the via a changeover drive Kraftöls caused for the actuation of the quick-closing valves. For third-party electrical emergency triggering, e.g. Thanks to higher-level systems such as generator protection, electrical emergency stop, etc., there was also a solenoid valve in the fuel oil supply.

Diese Anordnungsart hatte aber eine Reihe von Nachteilen. Zum einen waren die mechanischen Teile sehr empfindlich, und die Gefahr einer Beeinträchtigung durch Verschmutzung, Ölverharzung, Langzeit-Alterung oder Materialermüdung war gross. However, this type of arrangement had a number of disadvantages. On the one hand, the mechanical parts were very sensitive, and there was a great risk of damage due to contamination, oil resinification, long-term aging or material fatigue.

Gleichzeitig war aber eine Überprüfung der Einrichtungen schwierig. Sie wurde entweder durch künstlich herbeigeführte Überdrehzahl bei Unterbrechung des laufenden Turbinenbetriebes oder - ohne Unterbrechung - durch Simulation einer Überdrehzahl und gleichzeitiger Unterdrückung der Überdrehzahlauslösung durchgeführt. Die Simulation beinhaltete entweder die Istwert-Erfassung oder die mechanische Überdrehzahlauslösung durch eingepumptes Öl unter die Schnellschlussbolzen. At the same time, however, it was difficult to check the facilities. It was carried out either by artificially induced overspeed when the turbine operation was interrupted or - without interruption - by simulating an overspeed while suppressing the overspeed triggering. The simulation included either the actual value acquisition or the mechanical overspeed triggering by pumped oil under the quick-release bolts.

Die Betriebssteuerung und die Sicherheitssteuerung waren in Aufbau und Wirkungsweise verschieden, so dass eine Einrichtung nicht die Funktion der andern übernehmen konnte, wenn eine dieser Einrichtungen einmal ausfiel. The operational control and the safety control were different in structure and mode of operation, so that one facility could not take over the function of the other if one of these facilities failed.

Zum anderen war der Aufwand sehr hoch. Wollte man nämlich eine Reserve haben, so musste die gesamte Einrichtung mit entsprechenden Mehrkosten doppelt vorgesehen werden. On the other hand, the effort was very high. If you wanted to have a reserve, the entire facility had to be planned twice with the corresponding additional costs.

Es ist ausserdem bekannt, eine Überdrehzahl - Schnellschlussauslösung elektronisch - hydraulisch herbeizuführen. Hiebei wird die Turbinendrehzahl induktiv erfasst und in einer Auswerteelektronik überwacht, wobei die Schnellschlussauslösung in der Regel durch ein Magnetventil erfolgt. Zur Prüfung während des normalen Betriebes ist es erforderlich, zum Turbinenschutz auf eine paralleles Überwachungssystem umzuschalten, wobei gleichzeitig eine entsprechende Prüfschaltung in Betrieb gesetzt wird. Diese Prüfschaltung hat den Nachteil, dass der Auslösekreis unterbrochen wird und eine ordnungsgemässe Auslösung im Betrieb nur dann gewährleistet ist, wenn die Prüfschaltung in den Normalzustand zurückversetzt wird, was nicht immer in letzter Konsequenz prüfbar ist. It is also known to bring about an overspeed - quick-action release electronically - hydraulically. The turbine speed is recorded inductively and monitored in an electronic evaluation system, with the quick-action release generally being effected by a solenoid valve. For testing during normal operation, it is necessary to switch to a parallel monitoring system for turbine protection, with a corresponding test circuit being put into operation at the same time. This test circuit has the disadvantage that the trip circuit is interrupted and proper triggering in operation is only guaranteed if the test circuit is returned to the normal state, which cannot always be checked in the final analysis.

Es sind auch elektronisch-hydraulische Regeleinrichtungen bekannt; solche Einrichtungen sind jedoch von den Schutzsystemen getrennt und wirken nur auf die Regelventile allein. Electronic-hydraulic control devices are also known; however, such devices are separate from the protective systems and only act on the control valves alone.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art für Turbinen zu schaffen, welche mit identischen, jedoch voneinander unabhängigen Baugruppen von der Istwert-Erfassung bis zu den Stellorganen aufgebaut ist und die Möglichkeit einer vollkommenen Prüfung aller Funktionen sowohl im Stillstand als auch während des Betriebes, ohne diesen in irgendeiner Weise zu stören, bietet. Dieses Ziel der Erfindung wird durch die Massnahme nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 erreicht. The aim of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned at the beginning for turbines, which is constructed with identical, but mutually independent assemblies from the actual value acquisition to the actuators and the possibility of a complete test of all functions both at a standstill and during operation, without disturbing it in any way. This object of the invention is achieved by the measure according to the characterizing part of patent claim 1.

Der Vorteil dieser Bauweise, gleiche Baugruppen zum Regeln der Turbine und zum Schützen derselben vor einer Überdrehzahl vorzusehen, ist dadurch gegeben, dass der eine Drehzahlregler zeitweise die Funktion des anderen übernehmen kann, z.B., wenn einer der Drehzahlregler ausfällt. Es ist somit auch bei höchsten Sicherheitsanforderungen nicht mehr notwendig, sämtliche Einrichtungen doppelt vorzusehen. The advantage of this design, to provide the same assemblies for regulating the turbine and protecting it from overspeed, is given by the fact that one speed controller can temporarily take over the function of the other, e.g. if one of the speed controllers fails. It is therefore no longer necessary, even with the highest security requirements, to provide all the devices twice.

Durch den gleichen Aufbau der Regler wird erreicht, dass bei Ausfall eines Reglers die Sicherheitsfunktion ohne Einschränkung vom anderen Regler übernommen und unter gewissen Voraussetzungen auch ein Notbetrieb aufrechterhalten werden wird, bei gleichzeitiger Minimierung des Bauteilaufwandes. Damit ist eine hohe Verfügbarkeit (geringe Ausfallswahrscheinlichkeit) gegeben; selbstverständlich sind dabei auch eine hohe Regelgüte und höchste Maschinensicherheit sowie der Aufbau von Redundanzsystemen und eine weitestgehende Anpassungsfähigkeit an andere (übergeordnete) Regeleinrichtungen weitere Forderungen. The same structure of the controller ensures that if one controller fails, the safety function is taken over without restriction by the other controller and, under certain conditions, emergency operation is also maintained, while minimizing the component effort. This ensures high availability (low probability of failure); A high level of control quality and the highest level of machine safety as well as the structure of redundancy systems and the greatest possible adaptability to other (higher-level) control devices are further requirements.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 angeführten Merkmale gekennzeichnet. The method according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 5.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung s The invention is described below with reference to the drawing

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

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beispielsweise erläutert. Hiebei zeigen: for example explained. Show here:

Fig. 1 ein Übersichtsschema eines einzelnen Turbinenregelkreises, 1 is an overview diagram of a single turbine control loop,

Fig. 2 das Schema einer im Betrieb prüfbaren Schnellschlussvorrichtung und 2 shows the diagram of a quick-closing device that can be tested during operation, and

Fig. 3 das Blockschema einer mit zwei Drehzahlreglern und einem Schnellschluss- und einem Reglerventil ausgestatteten Einrichtung gemäss der Erfindung. Fig. 3 shows the block diagram of a device equipped with two speed controllers and a quick-closing and a regulator valve according to the invention.

In Fig. 1 ist die Turbine mit 1 bezeichnet. In der zu ihr führenden Arbeitsmittelleitung (z.B. Dampfleitung) 2 liegen die Regelventile 3, welche über einen an die Regelölleitung 4 und die Kraftölleitung 5 angeschlossenen Stellantrieb 6 betätigt werden. In Fig. 1 the turbine is designated 1. In the working medium line leading to it (e.g. steam line) 2 are the control valves 3, which are actuated via an actuator 6 connected to the control oil line 4 and the power oil line 5.

Auf der Turbinenwelle 7 sitzt eine Scheibe 8, welche an ihrem Umfang Nuten oder Zähne trägt. A disc 8 is seated on the turbine shaft 7 and has grooves or teeth on its circumference.

Dieser Scheibe 8 sind zwei Induktionssonden 9,9' zugeordnet, welche bei jedem Vorbeigang eines Zahnes je einen elektrischen Impuls über die Leitungen 10,10' an eine Steuervorrichtung 11 abgeben. Der Steuervorrichtung 11 kann extern eine Führungsgrösse, beispielsweise ein Gleichstrom im Bereich von null bis etwa 20 mA, von einem übergeordneten, nicht dargestellten Regler (Kaskadenregelung od. dgl.) zugeführt werden. This disk 8 is assigned two induction probes 9, 9 ', each of which emits an electrical pulse via the lines 10, 10' to a control device 11 each time a tooth passes. A control variable, for example a direct current in the range from zero to about 20 mA, can be supplied externally to the control device 11 by a higher-level controller (cascade control or the like), not shown.

Durch die Leitung 13 kann der Steuervorrichtung 11 ein externes Signal zur Schnellschlussauslösung zugeführt werden, d.h., der Schnellschluss kann auch von aussen her -z.B. von Hand oder vom Generatorschutz aus - ausgelöst werden. The control device 11 can be supplied with an external signal for triggering the quick close through line 13, i.e. the quick close can also be carried out from the outside, e.g. manually or from the generator protection.

Die Sollwerteinstellung der Steuervorrichtung 11 ist mit 14 bezeichnet; die Taster 16,17 mit den zur Steuervorrichtung 11 führenden Leitungen 18,19 dienen zur Drehzahl-Sollwert-Fernverstellung. Die drei mit 20,21,22 bezeichneten, aus der Steuervorrichtung kommenden Leitungen führen zu Anzeigegeräten 23,24,25, welche die augenblickliche Drehzahl der Turbine, den eingestellten Sollwert und die Grösse des Ausgangssignals der Steuervorrichtung erkennbar machen. Die Ausgänge 26 bis 29 führen zur Verriegelung und Signalisierung und übertragen Signale für Stillstand n = 0, Mindestdrehzahl nmin, Höchstdrehzahl nmax, bzw. melden einen Schnellschluss nss. Die das genannte Ausgangssignal führende Leitung ist mit 30 bezeichnet und verbindet ein Druckstellglied 31 mit der Steuervorrichtung 11. Von diesem Druckstellglied 31, welches als elektronisch-hydraulischer Wandler wirkt, geht die schon zuvor erwähnte Regelölleitung 4 aus. The setpoint setting of the control device 11 is designated 14; the buttons 16, 17 with the lines 18, 19 leading to the control device 11 are used for remote speed setpoint adjustment. The three lines, designated 20, 21, 22, coming from the control device lead to display devices 23, 24, 25, which make the instantaneous speed of the turbine, the setpoint and the size of the output signal of the control device recognizable. The outputs 26 to 29 lead to locking and signaling and transmit signals for standstill n = 0, minimum speed nmin, maximum speed nmax, or report a quick close nss. The line carrying the said output signal is designated 30 and connects a pressure control element 31 to the control device 11. From this pressure control element 31, which acts as an electronic-hydraulic converter, the control oil line 4 already mentioned originates.

Die Drehzahl wird mit den zwei magnetinduktiven Sonden 9,9' gemessen. Die Steuervorrichtung 11 wählt jeweils das grössere der beiden Sondensignale aus. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei Ausfall eines Messkanals (Leitungen 10 oder 10', z.B. durch Kabelbruch) dieTurbine 1 störungsfrei weiterbetrieben werden kann. Zu diesem Zweck wurden generatorisch wirkende Sonden ausgewählt, die systembedingt bei Störung oder Ausfall Signale nur in Richtung kleinerer Frequenz abgeben können. The speed is measured with the two magnetically inductive probes 9.9 '. The control device 11 selects the larger of the two probe signals. This ensures that even if one measuring channel (lines 10 or 10 ', e.g. due to a cable break) fails, the turbine 1 can continue to be operated without problems. For this purpose, sensors acting as generators were selected which, due to the system, can only emit signals in the direction of a lower frequency in the event of a fault or failure.

Das Ausgangssignal der Steuervorrichtung wird als eingeprägter Strom (0..20 mA) auf das Druckstellglied 31 geschaltet. Es formt das elektrische Signal in einen Impulsöldruck um, der direkt auf die Steuerwerke - hier den Stellantrieb 6 - der Regelventile 3 geschaltet wird. The output signal of the control device is switched to the pressure actuator 31 as an impressed current (0..20 mA). It converts the electrical signal into a pulse oil pressure, which is switched directly to the control units - here the actuator 6 - of the control valves 3.

Als Druckstellglied kann vorzugsweise der in der AT-PS 306 171 beschriebene Tauchanker-Elektromagnet als elektro-hydraulischer Wandler verwendet werden. The plunger armature electromagnet described in AT-PS 306 171 can preferably be used as the pressure actuator as an electro-hydraulic converter.

Der vom Druckstellglied 31 ausgesteuerte Öldruck wird als Stellgrösse direkt den Stellorganen (Stellantrieb 6) zugeführt. The oil pressure controlled by the pressure actuator 31 is fed directly as a manipulated variable to the actuators (actuator 6).

In die Steuervorrichtung 11 ist eine Schnellschlussvorrichtung eingebaut. Diese löst über das Druckstellglied 31 durch A quick-closing device is built into the control device 11. This triggers via the pressure actuator 31

Abschalten der Hilfsenergie den Turbinenschnellschluss aus, sobald einer der beiden Istwert-Messkanäle (Leitungen 10, 10' ) Überdrehzahl signalisiert oder wenn beide Istwerte einer unzulässigen, zeitlichen Änderung unterliegen oder ein s Istwert-Kanal ausgefallen ist und der zweite Istwert einer unzulässigen, zeitlichen Änderung unterliegt. Ein externer Schnellschlussbefehl (über die Leitung 13) kann ebenfalls verarbeitet werden. If the auxiliary power is switched off, the turbine quick-connect is switched off as soon as one of the two actual value measuring channels (lines 10, 10 ') signals overspeed or if both actual values are subject to an impermissible, temporal change or an actual value channel has failed and the second actual value has an impermissible, temporal change subject to. An external quick close command (via line 13) can also be processed.

Durch die Verwendung eines kraftgeregelten Elektroma-lo gneten im Druckstellglied 31 lassen sich die erforderlichen Stellkräfte ohne Servosysteme erreichen. Dadurch wird die Ansprechzeit wesentlich verkürzt, und es entfallen die zumeist engen Querschnitte der Vorsteuersysteme und die damit zusammenhängende Verschmutzungsgefahr. 15 Die Einrichtung enthält die im Betrieb prüfbare Schnellschlussvorrichtung. Das Blockschema einer solchen Vorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Through the use of a force-controlled electromotive in the pressure actuator 31, the required actuating forces can be achieved without servo systems. This considerably shortens the response time and eliminates the mostly narrow cross-sections of the pilot control systems and the associated risk of contamination. 15 The device contains the quick-closing device that can be tested during operation. The block diagram of such a device is shown in FIG. 2.

An die von den beiden Sonden 9,9' kommenden Leitungen 10,10' ist je eine Prüfleitung 32,32' unmittelbar 20 angeschlossen. In jeder dieser Prüfleitungen liegt ein Impulsgenerator 33,33', der eine Impulsfolge liefern kann. A test line 32, 32 'is connected directly to each of the lines 10, 10' coming from the two probes 9, 9 '. In each of these test lines there is a pulse generator 33, 33 'which can deliver a pulse train.

Die Frequenz der von den Generatoren 33,33' abgegebenen Impulsfolgen hängt ab von der Grösse der Gleichspannung, die ihnen über die Leitungen 34,34' von einem Span-25 nungswähler 35 mit Wählschalter 36 zugeführt wird. Bei maximaler Gleichspannung wird die maximale Frequenz abgegeben. Diese entspricht der maximal verarbeitbaren Drehzahl, die oberhalb der Schnellschlussdrehzahl liegt. The frequency of the pulse sequences emitted by the generators 33, 33 'depends on the magnitude of the direct voltage which is supplied to them via the lines 34, 34' by a voltage selector 35 with a selector switch 36. At maximum DC voltage, the maximum frequency is given. This corresponds to the maximum processable speed, which is above the quick-closing speed.

Durch den Wählschalter 36 kann immer nur eine der 30 beiden Leitungen 34,34' an Gleichspannung gelegt werden. Des weiteren kann der integrierende Spannungswähler 35 nur dann beziehungsweise solange Gleichspannung abgeben, wenn das Sperrglied 37 (ein UND-Gatter mit einem negierenden Eingang), an dessen beiden Eingängen eine Auslöse-35 leitung 38 und ein Prüfschalter 39 liegen, ein entsprechendes Signal an den Spannungswähler 35 abgibt. With the selector switch 36 only one of the 30 two lines 34, 34 'can be connected to DC voltage. Furthermore, the integrating voltage selector 35 can only deliver DC voltage as long as the blocking element 37 (an AND gate with a negating input), at whose two inputs there is a trigger line 38 and a test switch 39, sends a corresponding signal to the Voltage selector 35 outputs.

Das vom jeweils von der Gleichspannung angesteuerten Impulsgenerator 33 bzw. 33' gelieferte Signal wird dem von den Sonden 9 bzw. 9' erzeugten Signal überlagert; eine 40 Umschaltung der Messumformer auf «Sonde» bzw. «Generator» wird nicht vorgenommen. The signal supplied by the pulse generator 33 or 33 'driven by the DC voltage is superimposed on the signal generated by the probes 9 or 9'; the transmitter is not switched to «probe» or «generator».

Die beiden Leitungen 10,10' liegen an Messumformern 40,40', die eine von der Impulsfolgefrequenz abhängige Gleichspannung an die Grenzwertstufen 41,41' liefern. Die 45 Ausgänge der beiden Grenzwertstufen 41,41' lösen über die ODER-Glieder 42 und 43 den Schnellschluss durch Entregen des Relais 48 aus. Der Schnellschluss wird ebenfalls von einem externen Schnellschlusssignal (Leitung 13) oder von einer Systemüberwachung 45 ausgelöst. Die Systemüberwa-50 chung ist über einen Prüftaster 47 und ein Sperr-UND-Glied 46 ebenfalls in seiner Funktion prüfbar. The two lines 10, 10 'are connected to transducers 40, 40', which supply a DC voltage dependent on the pulse repetition frequency to the limit value stages 41, 41 '. The 45 outputs of the two limit value stages 41, 41 'trigger the quick-closing by de-energizing the relay 48 via the OR gates 42 and 43. The quick close is also triggered by an external quick close signal (line 13) or by a system monitor 45. The function of the system monitoring can also be checked via a test button 47 and a blocking AND element 46.

Der Test erfolgt derart, dass mit dem Ansprechen des Auslösesignals (Ausgang der GW-Stufen 41 und 41 ' bzw. Ausgang der Systemüberwachung 45) das SS-Relais 48 entregt 55 wird. Dadurch wird die Hilfsenergie zum Druckstellglied 31 abgeschaltet, und die Auslöseleitung 38 wird an 24 V gelegt. Dadurch sperren die Sperr-UND-Glieder 46 und 37, und der Test wird beendet. Damit nimmt das SS-Relais 48 seine ursprüngliche Lage wieder ein. The test is carried out in such a way that the SS relay 48 is de-energized 55 when the trigger signal is triggered (output of the GW stages 41 and 41 'or output of the system monitoring 45). As a result, the auxiliary power to the pressure actuator 31 is switched off and the trigger line 38 is connected to 24 V. This locks AND gates 46 and 37 and the test ends. The SS relay 48 thus resumes its original position.

60 Der Ausgang des ODER-Gliedes 43 ist an das Schnellschlussrelais 48 und an ein Melderelais 49 gelegt; das zuletzt genannte Relais 49 dient nur zu Zwecken der externen Meldung, etwa zur Anzeige- oder Rückmeldung. 60 The output of the OR gate 43 is connected to the quick-action relay 48 and to a signaling relay 49; the last-mentioned relay 49 is used only for the purposes of external reporting, for example for display or feedback.

Über das Schnellschlussrelais 48 wird dem Druckstellglied 65 31 eine Hilfsenergie, z.B. 24 Volt Gleichspannung, zugeführt. Auxiliary energy, e.g. 24 volts DC.

Schaltet das Schnellschlussrelais 48 in die in Fig. 2. Switches the quick-closing relay 48 to that in FIG. 2.

gezeigte Stellung um, dann fehlt die Gleichspannung, und die Ventile 3 schliessen sofort (Schnellschluss). shown position, then the DC voltage is missing, and the valves 3 close immediately (quick close).

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Entsprechend Fig. 2 enthält somit jeder der beiden Drehzahlmesskanäle eine durch die Messumformer 40,40' und die Grenzwertstufen 41,41 ' realisierte Schnellschluss-Dreh-zahlüberwachung, die bei Erreichen des eingestellten Grenzwertes über das Relais 48 dem Druckstellglied 31 die Hilfsenergie wegschaltet. Dadurch kann der Magnet nicht mehr anziehen, und der Impulsöldruck wird abgebaut. Die Dampfregelventile schliessen, und die Turbine ist abgeschaltet. Das parallel liegende Relais 49 steht zur Verarbeitung in einer externen Steuerung zur Verfügung. According to FIG. 2, each of the two speed measuring channels thus contains a quick-closing speed monitoring implemented by the measuring transducers 40, 40 'and the limit value stages 41, 41, which switches off the auxiliary power to the pressure control element 31 via the relay 48 when the set limit value is reached. As a result, the magnet can no longer attract and the pulse oil pressure is reduced. Close the steam control valves and the turbine is switched off. The parallel relay 49 is available for processing in an external control.

Das Schnellschlusssystem ist das wichtigste Schutzsystem einer Turboanlage. Deshalb sollten die Komponenten in regelmässigen Zeitabständen überprüft werden. Dieses Regelsystem gestattet es, alle beteiligten Komponenten in jeder Betriebsphase ohne jeden Einfluss auf die Turbinendrehzahl aktiv zu überprüfen. Dazu kann jeder der beiden Drehzahlmesssonden eine stetig ansteigende «Prüfdrehzahl» aufgezwungen werden. Der zweite Messkanal übernimmt hiebei während dieser Überprüfung allein die Regelaufgabe. Beim Erreichen der Schnellschlussdrehzahl spricht das Schutzsystem an. Das Schnellschlussrelais wird umgeschaltet, d.h. entregt, und trennt das Druckstellglied von der Hilfsenergie. The quick release system is the most important protection system of a turbo system. The components should therefore be checked at regular intervals. This control system makes it possible to actively check all components involved in every operating phase without any influence on the turbine speed. To do this, each of the two speed measuring probes can be forced to a continuously increasing «test speed». The second measuring channel only takes on the control task during this check. The protection system responds when the quick-closing speed is reached. The quick-action relay is switched over, i.e. de-excites and separates the pressure actuator from the auxiliary power.

Der Schliesskontakt des Schnellschlussrelais 48 meldet «Schnellschluss ausgelöst.» Damit wird die Prüfdrehzahl auf Null gesetzt, das Schnellschlussrelais zieht wieder an, und das Druckstellglied kann wieder weiterarbeiten. The closing contact of the quick-closing relay 48 reports "Quick-closing triggered." This sets the test speed to zero, the quick-action relay picks up again and the pressure actuator can continue to work.

Das Schnellschlussrelais 48 wird nur für höchstens 20 Millisekunden entregt. Das entspricht etwa einem Regelzyklus des Magnetkraft-Regelkreises im Druckstellglied 31. Damit ist sichergestellt, dass die Stellung der Dampf regelventile nicht verändert wird. The quick-closing relay 48 is only de-energized for a maximum of 20 milliseconds. This corresponds approximately to a control cycle of the magnetic force control circuit in the pressure actuator 31. This ensures that the position of the steam control valves is not changed.

Die Funktion der Regelventile lässt sich durch eine geringfügige Änderung des Drehzahlsollwertes leicht überprüfen. The function of the control valves can be easily checked by slightly changing the speed setpoint.

Das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Einrichtung ist in Fig. 3 veranschaulicht. The block diagram of an embodiment of the device according to the invention is illustrated in FIG. 3.

Wie in Fig. 1 sind die Turbine 1, deren Welle 7 und die Geberscheibe 8 gezeigt. Mit 50 ist eine Arbeitsmaschine (insbesondere Generator oder Verdichter) bezeichnet, die von der Turbine angetrieben wird. In der zur Turbine 1 führenden Arbeitsmittelleitung 2 liegen hintereinander ein Schnellschlussventil 51 und ein oder mehrere Regelventile 52. Diese beiden Ventile werden von Stellwerken 53,54 betätigt, die einerseits über Leitungen 55, ein Koppelventil 56, eine Leitung 57 und ein handbetätigbares Notausschaltventil 58 gemeinsam oder zueinander parallel mit einer Kraftölquelle in Verbindung stehen. Anderseits führt zu jedem der Stellwerke 53,54 eine Steuerölleitung 60,61 von einem Druckstellglied 31 bzw. 31'. As in FIG. 1, the turbine 1, its shaft 7 and the encoder disk 8 are shown. With 50 a work machine (in particular generator or compressor) is designated, which is driven by the turbine. A quick-closing valve 51 and one or more control valves 52 are located one behind the other in the working medium line 2 leading to the turbine 1. These two valves are actuated by signal boxes 53, 54, which on the one hand have lines 55, a coupling valve 56, a line 57 and a manually operable emergency stop valve 58 or are connected to each other in parallel with a power oil source. On the other hand, a control oil line 60, 61 from a pressure actuator 31 or 31 'leads to each of the signal boxes 53, 54.

Das Koppelventil 56 sperrt im Schnellschlussfall das Kraftöl zu den Ventilstellwerken 53 und 54. The coupling valve 56 blocks the power oil to the valve interlockings 53 and 54 in the event of a quick close.

Ein Höchstmass an Sicherheit und Zuverlässigkeit wird durch den Umstand erreicht, dass auch das Schnellschlussventil 51 mit einem Drehzahlregler ausgerüstet ist. The highest degree of safety and reliability is achieved by the fact that the quick-closing valve 51 is also equipped with a speed controller.

Alle Funktionseinheiten (Regler, Druckstellglied, Stellantriebe) sind so konzipiert, dass bei Ausfall der Hilfsenergie (elektrisch, hydraulisch) die Anlage abgestellt wird (fail-safe-Verhalten). All functional units (controller, pressure actuator, actuators) are designed in such a way that the system is switched off in the event of a power failure (electrical, hydraulic) (fail-safe behavior).

Bei der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung enthält die Steuervorrichtung zwei einander völlig gleiche Regler, und zwar den Schnellschlussregler 62 und den Drehzahlregler 63. In the device shown in FIG. 3, the control device contains two completely identical regulators, namely the quick-closing regulator 62 and the speed regulator 63.

Jeder dieser beiden Regler ist über je zwei Leitungen 10,10' mit je zwei Sonden 9,9' verbunden. Beide Regler 62,63 stehen über einen Zwischenkreis (Verknüpfungskreis) 64 mit einem Not-Ausschalter 65, einer Verriegelung 66 und der externen Steuerung 67 in Verbindung. Weiter hängen am Zwischenkreis 64 noch eine externe Anzeige 68 und Einrichtungen für externe Meldungen, mit 69 bezeichnet. Jedes Druckstellglied 31,31' kann mit einer Hand Verstellung 31" zu seiner Verstellung in eine Endlage (Offenstellung) versehen sein. Each of these two controllers is connected via two lines 10, 10 'to two probes 9, 9'. Both controllers 62, 63 are connected via an intermediate circuit (logic circuit) 64 to an emergency stop switch 65, a lock 66 and the external control 67. Furthermore, an external display 68 and devices for external messages, designated 69, hang on the intermediate circuit 64. Each pressure actuator 31, 31 'can be provided with a manual adjustment 31 "for its adjustment to an end position (open position).

Von jedem Regler 62,63 geht eine dessen Ausgangssignal führende Leitung 30,30' zu dem dem jeweiligen Regler zugeordneten Druckstellglied 31 bzw. 31'. Zwischen den beiden Reglern besteht eine Signalverknüpfung 59, die auch beim Ansprechen von nur einem der Regler den zweiten Regler mit abschaltet. A line 30, 30 'carrying its output signal goes from each regulator 62, 63 to the pressure actuator 31 or 31' assigned to the respective regulator. There is a signal link 59 between the two controllers, which also switches off the second controller when only one of the controllers responds.

Ausserdem wird in einem solchen Fall der Sollwertgeber an beiden Reglern in die Null-Lage gesteuert. In such a case, the setpoint generator is also controlled in the zero position on both controllers.

Zur Zufuhr elektrischer Hilfsenergie (gegebenenfalls hydraulischer Hilfsenergie) sind die Leitungen 70,71,71 ' vorgesehen, die von einer nicht gezeigten Stromquelle (Druckölquelle) zum Verknüpfungskreis 64 bzw. von diesem zu den Druckstellgliedern 31,31' führen. The lines 70, 71, 71 'are provided for supplying electrical auxiliary energy (possibly hydraulic auxiliary energy), which lead from a power source (pressure oil source), not shown, to the logic circuit 64 or from this to the pressure actuators 31, 31'.

Das Schnellschlussventil 51 wird genauso angesteuert wie das Regelventil bzw. die Regelventile 52. The quick-closing valve 51 is activated in exactly the same way as the control valve or the control valves 52.

Die erfindungsgemässe Einrichtung bietet die folgenden Vorteile: The device according to the invention offers the following advantages:

drehzahlgeregeltes Fernanfahren über den Anfahr-Schnellschlussregler 62, speed-controlled remote starting via the start-up quick-closing controller 62,

Notregelbetrieb bei Ausfall des Drehzahlreglers 63 durch den Schnellschlussregler 62, durch Verknüpfung der Schnellschlusssignale beider Regler wird vierfache Redundanz auf der Signalseite und doppelte Redundanz auf der Stellgliedseite erreicht. Hiedurch kann die bisher erforderliche mechanische Schnellschlussauslösung entfallen ; übergeordnete Schnellschlussauslösesysteme, z.B. Generatorschutz, Not-Austaster u. dgl. sind in die Einrichtung voll integriert. Emergency control operation in the event of failure of the speed controller 63 by the quick-closing controller 62, by linking the quick-closing signals of both controllers, fourfold redundancy is achieved on the signal side and double redundancy on the actuator side. In this way, the mechanical quick-release release previously required can be eliminated; higher-level quick-release systems, e.g. Generator protection, emergency stop button and. Like. Are fully integrated into the facility.

Gemäss der Erfindung handelt es sich demnach um eine elektronische Einrichtung, welche unter anderem aus Istwertgebern, Sollwert-Istwert-Vergleichern, Stellgliedern für Turbinenregelventile mit mehrfacher Drehzahlgrenzwert-Erfassung besteht. According to the invention, it is therefore an electronic device which, among other things, consists of actual value transmitters, setpoint-actual value comparators, actuators for turbine control valves with multiple speed limit value detection.

Besondere Merkmale sind darin gelegen, dass der zum Drehzahlregler 63 völlig identische Schnellschlussregler 62 über ein gleiches zugeordnetes Druckstellglied 31 auf das Turbinen-Schnellschlussventil 51 einwirkt, dass dabei der Schnellschlussregler 62 ebenso wie der Drehzahlregler 63 ohne jede Betriebsunterbrechung oder Betriebsstörung während des Betriebes komplett in seiner Funktion überprüfbar ist, die Stellglieder beim Ausbleiben der Hilfsenergie die Arbeitsmittelleitung 2 sperren und/oder dass die eigentlichen Regelungsfunktionen auch vom Schnellschlussregler 62 übernommen werden können. Special features lie in the fact that the quick-closing controller 62, which is completely identical to the speed controller 63, acts on the turbine quick-closing valve 51 via a pressure control element 31 that is assigned the same, that the quick-closing controller 62, like the speed controller 63, does so completely without any interruption or malfunction during operation Function can be checked, the actuators block the work line 2 when there is no auxiliary power and / or that the actual control functions can also be taken over by the quick-closing controller 62.

Übergeordnete Schutzsysteme können auf diese Einrichtung einwirken und ebenfalls den Schnellschluss auslösen. Higher-level protection systems can act on this device and also trigger the quick close.

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

657184

1. Device for controlling a turbine and protecting it from overspeed, with a quick-closing valve (51) and at least one control valve (52) in the working medium line (2) to the turbine (1), speed sensor (9,9 ') and one this connected device (1 1) for controlling the control valve, characterized in that the control device comprises two essentially identical, independent speed controllers (62, 63), one of which with the control valve (52) and the other with the quick-action valve ( 51) is operatively connected via an associated pressure actuator (31, 31 ') and that each speed controller is assigned two independent speed actual value detection devices (8, 9, 10; 8, 9', 10 ') containing the speed sensors are.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pressure actuators (31, 31 ') are provided with a manual adjustment (31 "), by means of which one of the said valves (51, 52) can be connected to the end position.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that a coupling valve (56) for switching off the auxiliary energy for said valves (51, 52) is provided for the purpose of a quick close.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that each of the pressure actuators (31, 31 ') is designed for adjusting the said valves (51, 52) for the purpose of changing the speed of the turbine and for quickly closing the valves, wherein it switches off the auxiliary power to control the valves in order to trigger a quick close.

5. A method for checking the quick-closing function in the device according to one of claims 1 to 4,

characterized in that a test signal is briefly superimposed on one of the speed signals, the actual value signal being suppressed by the superimposed test signal and the device remaining fully functional, the supply of auxiliary energy to the associated pressure actuator (31 or 31 ') being interrupted, after this interruption the The test is ended and the auxiliary power supply is switched on again.