CH699058B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von Strömungsstörungen in einer Turbine. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Minimierung von Druckänderungen im Dampfkessel bzw. von Änderungen in der Turbinenleistung während der Sicherheitsfunktionsprüfung der Steuerventile (28) einer Turbine. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet die Stellungen der Steuerventile (28) als Rückkopplung in einen Ausgleichsalgorithmus zur Minimierung von durch das Schliessen und erneute Öffnen eines Steuerventils (28) einer Turbine während einer in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung verursachten Strömungsstörungen. Indem der gesamte Massenstrom durch mehrere parallele Einlasssteuerventile (28) der Turbine konstant gehalten wird, wird auch der Druck im Dampfgenerator konstant gehalten und der Einlassdruckregler bleibt während der Prüfung des Einlasssteuerventils unbeeinträchtigt. Durch das Konstanthalten des gesamten Massenstroms durch mehrere parallele Einlasssteuerventile (28) der Turbine werden auch die Änderungen in der Turbinenleistung beim Prüfen der Einlasssteuerventile (28) minimiert. Zusätzlich wird das Überwachen der zusätzlichen Prozessparameter nicht benötigt. Die Stellung (Hubhöhe des Ventilschafts) der einzelnen parallelen Ventile wird für die Regelung der Stellungen der Einlasssteuerventile (28) im geschlossenen Regelkreis verwendet und genügt, um die Strömung konstant zu halten.

Description

  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft Turbinen und insbesondere ein Verfahren zur Reduzierung insbesondere zum Minimieren von Strömungsstörungen, die bei der in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung durch das Schliessen und erneute Öffnen von Steuerventilen einer Turbine hervorgerufen werden, und insbesondere das Verwenden von Stellungen der Steuerventile als Rückkopplung zum Minimieren derartiger Strömungsstörungen.

Hintergrund der Erfindung

  

[0002]    Das Betreiben von Turbinen erfordert unter anderem die in regelmässigen Abständen vorzunehmende Funktionsprüfung (Schliessen und erneutes Öffnen) von in Turbinen zum Einsatz kommenden parallelen Einlasssteuerventilen. Die Prüfung dient der Bestätigung der Funktionsfähigkeit der Sicherheitsmechanismen in einer Turbine. Bei einer derartigen Prüfung besteht ein Problem in den Druckänderungen im Dampfkessel der Turbine bzw. in den Änderungen in der Turbinenleistung infolge des Schliessens und erneuten Öffnens der Steuerventile der Turbine während der in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung. Druckänderungen im Dampfkessel bzw. Änderungen in der Turbinenleistung müssen während der Sicherheitsfunktionsprüfung der Steuerventile einer Turbine minimiert werden.

   Falls vorhanden dürfen die Regelung des Einlassdrucks der Turbine bzw. die Leistungsregelung der Turbine nicht beeinträchtigt bzw. geändert werden, um den Ausgleich zu erzielen.

  

[0003]    Ein vorbekanntes Verfahren zum Minimieren von Einlassdruckabweichungen verwendet den Einlassdruck der Turbine in einem Proportionalregler. Die Ausgestaltung des Einlassdruckreglers wird durch die Ausgestaltung des Dampfkessels definiert und bedingt und kann somit nicht geändert werden.

  

[0004]    Weitere Verfahren, die verwendet wurden, um Leistungsstörungen in Turbinen zu kompensieren, welche durch während der Funktionsprüfung von Einlasssteuerventilen eintretenden Strömungsänderungen hervorgerufen werden, sind die Verwendung einer elektrischen Leistungsregelung in einem Proportional-Integralregler bzw. die Verwendung der Stufendruckregelung in einem Proportionalregler. Keines dieser Verfahren kann das Einlassdruckproblem lösen, da sie beide eine Änderung des Einlassdrucks zulassen. Manche dieser Verfahren umfassen auch die Überwachung weiterer Prozessparameter.

Kurze Beschreibung der Erfindung

  

[0005]    Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Reduzierung, insbesondere zur Minimierung von Druckänderungen im Dampfkessel bzw. von Änderungen in der Turbinenleistung während der Sicherheitsfunktionsprüfung der Steuerventile einer Turbine.

  

[0006]    Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet die Stellungen der Steuerventile als Rückkopplung zur Minimierung von durch das Schliessen und erneute Öffnen eines Steuerventils einer Turbine während einer in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung verursachten Strömungsstörungen. Indem der gesamte Massenstrom durch mehrere parallele Einlasssteuerventile der Turbine konstant gehalten wird, wird auch der Druck im Dampfgenerator konstant gehalten und der Einlassdruckregler bleibt während der Prüfung des Einlasssteuerventils unbeeinträchtigt. Durch das Konstanthalten des gesamten Massenstroms durch mehrere parallele Einlasssteuerventile der Turbine werden die Änderungen in der Turbinenleistung beim Prüfen der Einlasssteuerventile minimiert. Die Stellung (Hub bzw.

   Hubhöhe des Ventilschafts) der einzelnen parallelen Ventile ist bereits vorhanden, da sie für die Regelung der Stellungen der Einlasssteuerventile im geschlossenen Regelkreis verwendet wird. Die Ventilstellung genügt und hat eine verbesserte Leistung zur Folge, so dass unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens eine konstante Gesamtströmung aufrechterhalten werden kann. Eine Überwachung der verfügbaren bzw. zusätzlichen Prozessparameter zur Reduzierung von Strömungsstörungen während der Prüfung der Einlasssteuerventile ist nicht notwendig.

  

[0007]    Die Strömung wird in Abhängigkeit der Stellung des Steuerventils, d.h. der Hubhöhe bestimmt. Die durch das Schliessen eines der mehreren parallelen Strömungspfade während der Ventilprüfung verursachte Strömungsänderung ergibt eine Änderung in dem System, welches den Druck von N-Ventilen auf N-1-Ventile steuert. Die Strömungskennlinie für jedes Ventil des Systems mit N-Ventilen und für das System mit N-1-Ventilen werden während der Gestaltung der Turbine bestimmt. Die so bestimmten Strömungseigenschaften beruhen auf der Gesamtströmung und den einzelnen Ventilhubhöhen. Für ein beliebiges vorgegebenes Ventil, das nicht geprüft wird, ist der Unterschied in der Strömung-Ventilhub-Kennlinie zwischen dem N- und N-1-Zustand bekannt.

   Dieser Unterschied wird auf die Gesamtströmung angewandt, die von den N-1-Ventilen verlangt wird, beruhend auf den Gesamtbedarf der N-Ventile, abgeleitet von der Stellung des Ventils, das gerade geprüft wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0008]    
<tb>Fig. 1<sep>ist eine graphische Darstellung der Gesamtstromkennlinie für ein System bei der Prüfung mit N Ventilen und bei der Prüfung mit N-l Ventilen für verschiedene Ventilhubwerte. Die graphische Darstellung zeigt auch den Strömungsunterschied zwischen dem N und dem N-l Zustand in Abhängigkeit der Ventilhubhöhe.


  <tb>Fig. 2<sep>ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung zur Steuerung der Strömung durch die Einlasssteuerventile einer Turbine, in dem die Schnittstelle einer derartigen Schaltung mit der Steuerschaltung zur Steuerung der Strömung für ein Ventil aus einer Gesamtzahl von in der Turbine vorhandenen N Ventilen gezeigt wird.


  <tb>Fig. 3<sep>ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Steuerschaltung zur Steuerung der Strömung mit Ausgleich bei der Prüfung eines Steuerventils für ein Ventil aus einer Gesamtzahl von in der Turbine vorhandenen N-Ventilen.


  <tb>Fig. 4<sep>ist eine graphische Darstellung des Strömungsausgleiches bei der Prüfung eines Steuerventils und zeigt den zusätzlichen Strömungsbedarf von drei Ventilen, um dem Massenstrom durch vier Ventile zu entsprechen.


  <tb>Fig. 5<sep>ist eine graphische Darstellung bei der Prüfung eines Steuerventils mit einem Einlassdruckregler und ohne Strömungsausgleichsfunktion.


  <tb>Fig. 6<sep>ist eine graphische Darstellung bei der Prüfung eines Steuerventils mit einem Einlassdruckregler und mit Strömungsausgleichsfunktion.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

  

[0009]    Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise ein Verfahren zur Verwendung der Stellung eines Steuerventils zur Rückkopplung in eine Ausgleichsfunktion zur Minimierung einer durch das Schliessen und erneute Öffnen eines Steuerventils einer Turbine verursachten Strömungsstörung während einer in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der gesamte Massenstrom für N parallele Strömungsventile in Abhängigkeit der Stellung des Steuerventils (Ventilhubhöhen) berechnet. Die durch das Schliessen eines der N parallelen Steuerventile während der Prüfung derselben verursachte Änderung der Strömung ergibt eine Änderung in dem System, welches den Druck bei N-Ventilen bzw. bei N-1-Ventilen steuert.

   Die Strömungskennlinie für jedes Ventil des Systems mit N-Ventilen und für das System mit N-1-Ventilen wird während der Auslegung bestimmt. Die Strömungseigenschaften beruhen auf dem gesamten Strömungsbedarf (der Ventile). Für ein beliebiges vorgegebenes Ventil, das nicht geprüft wird, ist der Unterschied in der Strömungskennlinie zwischen dem N- und dem N-1-Zustand bekannt.

  

[0010]    Fig. 1 ist eine graphische Darstellung 10 und zeigt den Unterschied in der Strömungskennlinie zwischen N- und N-1-Strömungssteuerventilen einer Turbine. Die untere waagerechte Achse der graphischen Darstellung 10 stellt die Strömung in Kilogramm pro Sekunde (kg/s) dar. Die linke senkrechte Achse stellt die Ventilhubhöhe (Ventilöffnung) in Meter (m) dar, während die rechte senkrechte Achse den Prozentsatz (Stellungs-%) einer Ventilöffnung mit Bezug auf die grösstmögliche Öffnung des Ventils darstellt. Die obere waagerechte Achse der graphischen Darstellung 10 stellt den Prozentsatz der Leistung einer Dampfturbine dar, die Dampf von einer Atomkraftquelle nimmt (Rx-Leistungs-%).

  

[0011]    Die Kurve 12 zeigt das Gesamtniveau der Strömung (kg/s) versus die Ventilhubhöhe (m) für eine Gesamtzahl von vier Steuerventilen der Turbine. Die Kurve 14 zeigt das Gesamtniveau der Strömung versus die Ventilhubhöhe für drei der vier Steuerventile der Turbine, wobei eines der Steuerventile zu Prüfungszwecken geschlossen wurde. Die Kurve 16 stellt den tatsächlichen Unterschied zwischen dem Gesamtmassenstrom für vier Steuerventile der Turbine und dem Gesamtmassenstrom für drei Steuerventile der Turbine dar, wobei eines der Steuerventile geschlossen wurde. Weist zum Beispiel jedes der Steuerventile in einem Satz von vier Steuerventilen eine Ventilhubhöhe von 0,0254 m (1) auf, so ist die entsprechende Strömung für alle vier offenen Ventile etwa 692,08 kg/s (5,5E+06 lbm/hr).

   Umgekehrt, wenn eines der vier Steuerventile geschlossen wäre, so würden die verbleibenden drei Ventile eine entsprechende Strömung von 503,33 kg/s (4,0E+06 lbm/hr) erzeugen, wobei jedes der drei Steuerventile eine Ventilhubhöhe von 0,0254 m (1) hätte. Dieser Unterschied spiegelt sich in der graphischen Darstellung 16 wieder, in der eine Ventilhubhöhe von 0,0254 m (1) in der graphischen Darstellung 16 einem Strömungsunterschied von etwa 188,75 kg/s (1,5E+06 lbm/hr) entspricht.

  

[0012]    Die Kurve 18 zeigt eine "geglättete" Kurve 16 und stellt somit eine geeignetere Kurve dar, um die Strömungsänderung der drei Steuerventile zu steuern, die offen bleiben, um die Strömungsstörung durch das vierte Ventil, das geschlossen und dann wieder geöffnet wird, zu minimieren. Ist zum Beispiel die Strömung durch vier Ventile 1006,67 kg/s (8,0E+06 lbm/hr), so gibt die Kurve 12 in der graphischen Darstellung 10 an, dass jedes der Ventile eine Ventilhubhöhe von etwa 0,036 m (1,4) hat. Wird dann eines dieser Ventile zu Prüfungszwecken geschlossen, um den Strömungsverlust durch das geschlossene Ventil auszugleichen, so würden die verbleibenden drei Ventile eine zusätzliche Hubhöhe von etwa 0,015 m (0,6) pro Ventil benötigen, um eine Strömung von 1006,67 kg/s (8,0E+06 lbm/hr) aufrechtzuerhalten.

   Die Kurve 18 kann aufgrund einer visuellen Annäherung oder anhand einer mathematischen Annäherung, beispielsweise einer Regressionsanalyse gefunden werden.

  

[0013]    Fig. 2 ist ein Blockdiagramm 20, welches im Allgemeinen die Art zeigt, in der der Massenstrom durch jedes der mehreren parallelen Einlasssteuerventile der Turbine gesteuert wird. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, umfasst eine Turbine 22 mehrere Prozesssensoren, die mit dem Betrieb der Turbine in Zusammenhang stehen. Diese Sensoren umfassen einen Belastungssensor 24, einen Geschwindigkeitssensor 26 und einen Drucksensor 30, von denen der letztere mit einem Steuerventil 28 verbunden ist, der die Strömung des Prozessfluids zur Turbine 22 steuert. Die Ausgänge der Sensoren 24, 26 und 30 werden als Eingänge 25, 27 bzw. 31 für einen Belastungsregler 38, einen Geschwindigkeitsregler 36 und einen Druckregler 32 bereitgestellt, welche dazu verwendet werden, den Betrieb der Turbine 22 zu steuern.

   Die Ausgänge 34, 35 bzw. 40 des Druckreglers 32, des Geschwindigkeitsreglers 36 und des Belastungsreglers 38 bilden in Kombination den Prozessorregler des Strömungsbedarfs der Turbine 22. Die Ausgänge 34, 35 und 40 werden in einen Selektor 42 gespeist und erzeugen in Kombination einen Ausgang 44, welcher der selektierte Gesamtströmungsbedarf ist, der vom Prozessregler verwendet wird, um die Strömung durch die Steuerventile zu steuern, die den Massenstrom dem Eingang der Turbine 22 zuführen. Der Ausgang 44 des Selektors 42 wird "TCV Referenz" genannt und ist ein Signal, das effektiv den Gesamtströmungsbedarf feststellt, der von den Ventilen erzeugt werden soll.

   Im normalen Betrieb wird das TCV Referenzsignal in eine Teststeuerschaltung 48 eingespeist, welche Mittel umfasst, mit denen die TCV-Referenz in die erforderliche Ventilstellung konvertiert wird und welche einen Ausgang 49 erzeugt, der den Ventilstellungsbedarf festlegt. Der Ausgang 49 wird von einem Hilfsregelkreis für die Ventilstellung 47 empfangen, welcher zur Steuerung der Stellung der Ventilhubhöhe 28 einen geschlossenen Regelkreis bereitstellt.

  

[0014]    Um die Druckänderungen im Dampfkessel bzw. Änderungen in der Turbinenleistung während der Sicherheitsfunktionsprüfung der Steuerventile einer Turbine zu minimieren, verwendet die vorliegende Erfindung eine Testausgleichsschaltung 50. Diese Ausgleichsschaltung verwendet Stellungen des Steuerventils als Rückkopplung und gleicht dadurch aus, dass sie die Strömung durch parallele Steuerventile anpasst, um die durch das Schliessen und erneute Öffnen eines Steuerventils 28 einer Turbine während dessen Prüfung verursachte Strömungsstörung zu minimieren. Eine Testausgleichsschaltung 50 ist in Fig. 3 ausführlicher dargestellt.

   Nach der vorliegenden Erfindung wird die Testausgleichsschaltung 50 zusammen mit der TestSteuerschaltung 48 und dem Hilfsregelkreis 47 für die Stellung des Ventils für jedes Ventil einer Gruppe von mehreren parallelen Einlasssteuerventilen einer Turbine, die verwendet werden, um den Massenstrom durch die Turbine 22 zu steuern, reproduziert. In dieser Hinsicht wäre der Ausgang 44 des Selektors 42 als Signale 41, 43 und 45 vorgesehen, um die Ventile 2, 3 bzw. N zu steuern, wie in Fig. 2 zu sehen ist.

  

[0015]    Fig. 3 ist ein ausführlicheres Blockdiagramm der Teststeuerschaltung 48, die üblicherweise verwendet wird, um den Massenstrom durch parallele Einlasssteuerventile einer Turbine zu steuern. Die Testausgleichsschaltung 50 ist in Fig. 3ebenfalls ausführlicher dargestellt. Insbesondere bilden die in Fig. 3dargestellten Schaltungen 50A und 50B die Testausgleichsschaltung 50, die in Fig. 2dargestellt ist.

  

[0016]    Mit Bezug auf das Blockdiagramm 50A in Fig. 3 wird das Signal 46, TVC Referenz, in eine Testausgleichsanordnung 52 und eine Summierschaltung 59 eingegeben. Das TCV Referenz-Signal ist ein Hinweis für den Massenstrombedarf aller parallelen Einlasssteuerventile, um einen gewünschten Gesamtmassenstrom durch die Turbine 22 zu erzielen. Die Testausgleichsanordnung 52 ist im Wesentlichen eine Verweistabelle, die die von der TCV Referenz geforderte Massenstromdifferenz für die drei nicht geprüften Einlasssteuerventile bereitstellt, wobei das vierte der Steuerventile für die Prüfung geschlossen wird.

   Wie eingangs erwähnt, ergibt sich der Strömungsausgleich, der für eine gegebene TCV Referenz gefordert wird, aus den in Fig. 1 gezeigten Kurven 16 und 18, welche die Differenz im Gesamtmassenstrom für drei Steuerventile der Turbine versus vier Steuerventile der Turbine für verschiedene Werte der Ventilhubhöhe zeigen.

  

[0017]    Fig. 4 ist eine graphische Darstellung und stellt effektiv die von der Test Comp Array 52 ausgeführte Aufgabe dar. Die Ausgleichsanordnung, Test Comp Array 52, beruht auf dem geforderten Massenstrom ("TCV Referenz"). Die in Fig. 1gezeigte graphische Darstellung 18 wird dadurch geneigt und sieht dann wie die Kurve 74 in der graphischen Darstellung 75 in Fig. 4aus. Die untere waagerechte Achse der graphischen Darstellung 75 stellt den geforderten Massenstrom ("TCV Referenz" in Prozenten) dar, der in die Test Comp Anordnung 52 eingegeben wird. Die linke senkrechte Achse stellt den Strömungsausgleich (in Prozenten) dar, der von der Test Comp Anordnung 52 ausgegeben wird.

  

[0018]    Der Ausgang der Test Comp Anordnung 52 wird in eine Abtast-und Halteschaltung 54 eingespeist, welche ein Signal 55 empfängt, das als "CVx Test Status" identifiziert ist. Das Signal "CVx Test State" ist ein logisches "wahr/falsch" Signal, das durch die Aktivierung eines nicht dargestellten Testschalters erzeugt wird und angibt, ob das in Frage kommende Eingangsventil, das durch die in Fig. 3gezeigte Schaltung 48 gesteuert wird, (hier Ventil #1) sich im Testmodus befindet. Ist dies der Fall, ("Falsch" bedeutet, dass das Ventil #1 nicht geprüft wird), so erlaubt das "CVx Teststatus-Signal" der Abtast- und Halteschaltung 54, den Ausgang des Test Comp Arrays 52 an eine Vervielfacherschaltung 56 weiterzuleiten.

   Die Abtast- und Halteschaltung 54 liefert den Strömungsausgleich für die drei Eingangssteuerventile, die nicht geprüft werden (welche das Ventil #1 umfassen) mit Bezug auf den von dem TCV Referenzsignal geforderten Massenstrom.

  

[0019]    Ebenfalls in die Vervielfacherschaltung 56 eingespeichert wird ein zweites Signal 70, das als "CVx Comp Ref" identifiziert wird und das von der Schaltung im Blockdiagramm 50B erzeugt wird. "CVx Comp Ref" ist der Betrag des Strömungsausgleichs, der bei einer gegebenen TCV Referenz für die drei nicht geprüften Ventile benötigt wird.

  

[0020]    Mit Bezug auf Fig. 50B, wird ein Eingangssignal 60, das als "Stellung vom CV Folgeregler für CVm" identifiziert ist, in eine Hubhöhen-Strömungsanordnung 62 eingegeben. Das Signal "Stellung vom CV Folgeregler für CVm" ist ein dynamisches Signal und gibt die Hubhöhenstellung des Ventils an (hier Ventil #1), das von der in Fig. 3dargestellten Schaltung 48 und von dem Hilfsregelkreis für die Ventilstellung (47 in Fig. 2) gesteuert wird. Die Hubhöhen-Strömungsanordnung 62 ist im Wesentlichen auch eine Verweistabelle, die für den Ventilhub des Ventils #1 eine Umsetzung in einen Wert für den gesamten Strömungsbedarf liefert, der von den drei nicht geprüften Eingangssteuerventilen (welche das Ventil #1 umfassen) verwendet werden soll, wenn das vierte der Steuerventile zu Prüfungszwecken geschlossen wird.

   Wie oben erwähnt stammt die Umsetzung in einen Wert für den Gesamtströmungsbedarf von der in Figur1dargestellten Kurve 12, welche den gesamten Massenstrom für vier Steuerventile der Turbine für verschiedene Werte der Ventilhubhöhe zeigt.

  

[0021]    Die Abtast- und Halteschaltung 64 empfängt ein Signal 71, das als "CVm Test Select" identifiziert wird, und das das logische "Wahr/Falsch"-Signal ist, das durch die Aktivierung des nicht dargestellten Testschalters erzeugt wird, welches das in Frage kommende Eingangsventil auswählt, das zu Prüfungszwecken von der in Fig. 3gezeigten Teststeuerschaltung 48 gesteuert wird (hier Ventil #1). Ist "CVm Test Select" "falsch", so darf die Abtast- und Halteschaltung 64 den Wert für den Strömungsbedarf von der Hubhöhen-Strömungsanordnung 62 zu einer Teilerschaltung 66 weiterleiten. Ist "CVm Test Select" "wahr", so wird der Wert für den Strömungsbedarf von der Hubhöhen-Strömungsanordnung 62 gehalten und an die Teilerschaltung 66 weitergeleitet.

   Die Schaltung der Hubhöhen-Strömungsanordnung 62 liefert der Teilerschaltung 66 auch ein Strömungsbedarfsignal für die anderen nicht unter Test stehend Eingangssteuerventile, welches sich mit der sich ändernden Ventilhubhöhe eines derartigen getesteten Ventils, wie zum Beispiel des Ventils #1, ändert.

  

[0022]    Der Nenner "B" der Teilerschaltung 66 ist der Wert für den Strömungsbedarf von der Hubhöhen-Strömungsanordnung 62. Dieser Wert bleibt während des Schliessens eines gegebenen Ventils zu Prüfungszwecken der gleiche. Der Zähler "A" der Teilerschaltung 66 ist der Wert für den Strömungsbedarf von der Hubhöhen-Strömungsanordnung 62, welcher sich ändert, wenn das geprüfte Ventil geschlossen und wieder geöffnet wird. Der Ausgang der Teilerschaltung 66 ist ein Bruch, der mit 1 beginnt (was gleichbedeutend ist mit "kein Ausgleich") und sich beim Schliessen des geprüften Ventils allmählich 0 nähert (was gleichbedeutend ist mit "100% Ausgleich").

  

[0023]    Der Ausgang der Teilerschaltung 66 wird dann in eine Summierschaltung 68 eingespeist, die auch ein Eingangssignal empfängt, welches als "K Eins" identifiziert ist, ein Referenzsignal mit einem konstanten Wert von "1". Der Ausgang von der Teilerschaltung 66 (ursprünglich 1 für kein Ausgleich) wird in der Summierschaltung 68 von der festen Konstanten "1", die das Signal "K Eins" bildet, subtrahiert.

   Für ein gegebenes Ventil, das geprüft wird, erzeugt diese Subtraktion einen Ausgang "0", der in die Multiplikatorschaltung 56 der Ventile, die nicht getestet werden, als Signal "CVx Comp Ref" eingespeist wird, wobei das Signal "CVx Comp Ref" bei 0 beginnt, und beim Schliessen des geprüften Ventils sich der Zähler "A" in der Teilerschaltung 66 ändert, indem sich beim Schliessen und anschliessenden erneuten Öffnen des geprüften Ventils der veränderliche Wert der Hubhöhenstellung des geprüften Ventils ändert. Mit zunehmend kleiner werdendem Ausgang der Teilerschaltung 66 während des Schliessvorgangs des geprüften Ventils vergrössert sich der Ausgang der Summierschaltung 68 von 0 auf 1. Beim erneuten Öffnen des geprüften Ventils sinkt der Ausgang der Summierschaltung 68 von 1 auf 0.

   Der Ausgang der Summierschaltung 68 ist das Ausgangssignal 70, "CVm Comp Reference", das, wie oben angegeben, in die Multiplikatorschaltung 56 eingegeben wird.

  

[0024]    Wie ebenfalls oben erwähnt, gibt "CVx Comp Ref" den Betrag des Strömungsausgleichs an, der von den drei nicht geprüften Ventilen benötigt wird. Wird nun beispielsweise das Ventil #4 geprüft und muss jedes der Ventile #1, #2, und #3 um 0,025 m (1 Inch) bis 0,038 m (1[1/2] Inch) geöffnet werden, um den Massenstrom auszugleichen, der durch das vollständige Schliessen des Ventils #4 verloren gegangen ist, so ist die zusätzliche Hubhöhe von 0,0127 m ([1/2]-Inch) das Ergebnis des Werts des Strömungsausgleichs mal ein Ausgleichsfaktor, der während des Schliessvorgangs des Ventils #4 die Hubhöhe der Ventile #1, #2 und #3 von 0,025 m (1) auf 0,038 m (1[1/2]) verstellt.

   Somit würde beim Schliessen des Ventils #4 der Strömungsausgleich für jedes der Ventile #1, #2 und #3 mit "CVx Comp Ref" multipliziert werden, welches ein sich änderndes Signal ist, das ursprünglich bei 0 anfängt und auf 1 bzw. 100 % ansteigt, währendem das Ventil #4 vollständig geschlossen wird.

  

[0025]    Der Ausgang der Multiplikatorschaltung 56 wird in eine Auswahlschaltung 58 eingespeist, die auch ein zweites Signal "K Null", ein Referenzsignal mit einem konstanten Wert "0", sowie ein drittes Signal von der Teststeuerschaltung 48 des Ventils, das bestimmt, ob das Referenzsignal "K Null" oder der Ausgang der Vervielfacherschaltung 56 in die Summierschaltung 59 eingespeist wird, empfängt. In der Summierschaltung 59 wird entweder der "0"-Ausgang der Auswahlschaltung 58 oder der Signalausgang für den Ausgleich der Ventilhubhöhe der Auswahlschaltung 58 mit dem Signal "TCV Referenz" summiert und in eine Strömungs-Hubhöhen-Anordnung 73 eingespeist, die die Ventilhubhöhe des Ventils #1, wie sie von der TestSteuerschaltung 48 gesteuert wird, bestimmt.

   Die Logik der Teststeuerschaltung ist derart, dass die Auswahlschaltung 58 den Wert der Multiplikatorschaltung 56 nur dann ausgibt, wenn ein anderes Ventil als es selbst geprüft wird.

  

[0026]    Zur Prüfung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung wurde ein zu steuerndes Turbinensystem thermodynamisch genau mathematisch modelliert und in Echtzeit simuliert. Das Systemmodell bestand aus einer Quelle und einer Senke mit vier parallelen Steuerventilen, die den Strom durch vier Düsen einzeln steuern. Das simulierte System wurde an die oben beschriebene Ausführung des Steuersystems der vorliegenden Erfindung angeschlossen. Das Steuersystem enthielt die Algorithmen für den Strömungsausgleich während der oben beschriebenen Prüfung der Ventile. Zum Vergleich wurde das Steuersystem derart ausgebildet, dass es den Strömungsausgleich umfasst und den Strömungsausgleich nicht verwendet. Insgesamt erfordert die Steuerstrategie die Steuerung des Drucks stromaufwärts der Ventile unter der Verwendung eines Proportionalreglers.

   Durch die Verwendung der erfindungsgemässen Testausgleichsteuerung des Steuerventils reduzierte sich die Druckabweichung des Dampfdrucks an der Haupteinlassdrossel der Turbine um 95%, wie in den Fig. 5bzw. 6 gezeigt wurde. Fig. 5 ist eine graphische Darstellung 80 und zeigt die Ergebnisse einer Funktionsprüfung eines Steuerventils ohne den erfindungsgemässen Strömungsausgleich, während Fig. 6eine graphische Darstellung 82 ist, die die Ergebnisse einer Prüfung eines Steuerventils zeigt, welche den erfindungsgemässen Strömungsausgleich verwendet. In beiden Prüfungen war das Ventil #3 das Ventil, das zu Prüfungszwecken geschlossen wurde.

   Die Stellung des Ventils #3 wird in den beiden Fig. 5und 6 als Kurve 84 angezeigt, während die Druckänderung in dem Dampfdruck des Systems beim ursprünglichen Öffnen, Schliessen und dann erneuten Öffnen des Ventils #3 als Kurve 86 gezeigt wird.

  

[0027]    Die Stellung eines jeden Ventils #1, #2 und #4 wird sowohl in Fig. 5 als auch in Fig. 6 als Kurven 81, 83 bzw. 85 gezeigt.

  

[0028]    Die Erfindung ist nicht nur auf die hier beschriebene und als bevorzugt angesehene Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch verschiedene Änderungen und gleichwirkende Anordnungen, sofern diese in den beigefügten Ansprüchen enthalten sind.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reduzierung von Strömungsstörungen in einer Turbine (22) umfassend N Einlasssteuerventile (28), welche durch ein Schliessen und ein erneutes Öffnen eines dieser Ventile (28) während einer in regelmässigen Abständen durchgeführten Funktionsprüfung verursacht werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Bestimmen eines Gesamtmassenstroms durch die N Ventile (28) für variierende Ventileinstellungen (12);

Bestimmen eines Gesamtmassenstroms durch N-1 der N Ventile (28) für die variierenden Ventileinstellungen (14);

Bestimmen des Unterschieds (16) zwischen dem Gesamtmassenstrom für die N Ventile (28) und dem Gesamtmassenstrom für die N-1-Ventile (28);

Bestimmen eines Ausgleichs einer ursprünglichen Ventilhubhöhe für jedes der N-1-Ventile (28), das nicht geprüft wird, wobei ein verbleibendes Testventil (28) unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Gesamtmassenstrom für die N-Ventile (28) und dem Gesamtmassenstrom für die N-1-Ventile (28) zu Prüfungszwecken geschlossen und dann wieder geöffnet wird;

Anwenden dieses Hubhöhenausgleichs bei der Funktionsprüfung des einen Testventils (28), wobei dieser Ausgleich beim Schliessen des einen Testventils (28) ansteigt und beim erneuten Öffnen dieses einen Testventils (28) sinkt, wobei der Gesamtmassenstrom durch die N-1-Ventile (28) bei geschlossenen Testventil (28) im Wesentlichen dem Gesamtmassenstrom durch die N-Ventile (28 entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der nicht geprüften N-1-Ventile (28) die Ventilhubhöhe (60) des Ventils (28) als Rückkopplung verwendet wird, um den für dieses Ventil (28) angewendeten Betrag des Hubhöhenausgleichs zu steuern und somit die Strömungsstörung zu minimieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleich der ursprünglichen Ventilhubhöhe ein Prozentsatz der maximalen Ventilhubhöhe für jedes der N-1-Ventile (28) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleich der ursprünglichen Ventilhubhöhe anhand einer Verweistabelle (52) bestimmt wird, die eine Angabe über den Ausgleich der ursprünglichen Ventilhubhöhe aufgrund des Gesamtmassenstroms dieser N-Ventile (28) und einer ursprünglichen Hubhöhenstellung dieser N-l Ventile (28) liefert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faktor, der zwischen 0 und 1 variiert, verwendet wird, um zu bestimmen, ob kein Ausgleich, ein voller Ausgleich oder ein Teilausgleich der ursprünglichen Hubhöhenstellung auf jedes der nicht geprüften N-1-Ventile (28) angewendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Faktor 0 ist, kein Ausgleich der ursprünglichen Hubhöhenstellung auf jedes der nicht geprüften N-1-Ventile (28) angewendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Faktor 1 ist, der volle Ausgleich der ursprünglichen Hubhöhenstellung auf jedes der nicht geprüften N-1-Ventile (28) angewendet wird.

8. Vorrichtung zur Reduzierung von Strömungsstörungen in einer Turbine mit N Einlasssteuerventilen (28), die durch ein Schliessen und ein erneutes Öffnen eines der Ventile (28) während einer in regelmässigen Abständen vorgenommenen Funktionsprüfung verursacht werden umfassend:

Mittel zur Bestimmung eines Gesamtmassenstroms durch die N-Ventile (28) für variierende Ventileinstellungen;

Mittel zur Bestimmung eines Gesamtmassenstroms durch N-1 der N-Ventile (28) für die variierenden Ventileinstellungen;

Mittel zur Bestimmung des Unterschieds zwischen dem Gesamtmassenstrom für die N-Ventile (28) und dem Gesamtmassenstrom für die N-1-Ventile (28);

Mittel zur Bestimmung (50) eines Ausgleichs (50) einer ursprünglichen Ventilhubhöhe für jedes der N-1-Ventile (28), das nicht geprüft wird, wobei das Mittel ausgelegt ist, ein verbleibendes Testventil (28) unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Gesamtmassenstrom für die N-Ventile (28) und dem Gesamtmassenstrom für die N-1-Ventile (28) zu Prüfungszwecken zu schliessen und wieder zu öffnen;

Mittel zur Anwendung (48) des Hubhöhenausgleichs (56) auf jedes der N-1-Ventile (28), das nicht geprüft wird, wobei das Mittel ausgelegt ist, bei der Funktionsprüfung des einen Testventils (28) den Ausgleich beim Schliessen des einen Testventils (28) ansteigen und beim erneuten Öffnen dieses einen Testventils (28) sinken zu lassen,

wobei der Gesamtmassenstrom durch die N-1-Ventile (28) bei geschlossenem Testventil (28) weiterhin im Wesentlichen dem Gesamtmassenstrom durch die N-Ventile (28) bei geöffnetem Testventil entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend:

eine Testausgleichsschaltung (50), die zum Bereitstellen einer Angabe über den Ausgleich der ursprünglichen Ventilhubhöhe (56) für jedes der N-1 der N Einlasssteuerventile (28), die nicht der Funktionsprüfung unterzogen werden, für den Massenstrombedarf der Turbine (22) ausgelegt ist;

eine erste Abtast- und Halteschaltung (54), die zum Abtasten des Ausgangs des Ausgleichs der ursprünglichen Ventilhubhöhe durch die Testausgleichsschaltung (52), wenn die erste Abtast-und Halteschaltung (54) eine Angabe erfasst, dass das ihr entsprechende Ventil (28) nicht geprüft wird, ausgelegt ist;

eine Multiplikatorschaltung (56) , die zur Bestimmung des Teils des Ausgleichs der ursprünglichen Ventilhubhöhe, der auf das entsprechende Ventil (28) angewendet werden soll, basierend auf einem Faktor zur Anwendung von keinem Ausgleich, eines vollen Ausgleichs oder eines Teils des Ausgleichs der Ventilhubhöhe, während das Testventil (28) geschlossen und erneut geöffnet wird, ausgelegt ist;

eine Schaltung (62), die zum Bereitstellen eines Ausgleichs des ursprünglichen Massenstroms für das entsprechende Ventil (28), basierend auf der ursprünglichen Hubhöhenstellung des entsprechenden Ventils, ausgelegt ist;

eine zweite Abtast- und Halteschaltung (64), die zum Abtasten des Ausgleichs des ursprünglichen Massenstroms, wenn die zweite Abtast- und Halteschaltung (64) eine Angabe erhält, dass das entsprechende Ventil (28) nicht geprüft wird, ausgelegt ist;

eine Teilerschaltung (66), die zum Teilen eines variierenden Signals für den Ausgleich des Massenstroms durch ein Signal für den ursprünglichen Ausgleich des Massenstroms ausgelegt ist; und

eine Summierschaltung (68), die zum Empfangen des Quotienten der Teilerschaltung (66) zum Erzeugen des Ausgleichsfaktors zur Bestimmung des Teils des Ausgleichs der Ventilhubhöhe zu diesem entsprechenden Ventil (28), während das Testventil (28) geschlossen und wieder geöffnet wird, ausgelegt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierschaltung (68) ein festgelegtes konstantes Signal mit einem vorbestimmten Wert empfängt, von dem der Quotient der Teilerschaltung (66) subtrahiert wird, um den Ausgleichsfaktor zu bestimmen.