CN106030053B - 用于将蒸汽轮机和燃气轮机以期望的角度差联接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将转动装置、尤其蒸汽轮机和轴式装置、尤其燃气轮机联接的方法，所述方法具有如下步骤：‑将转动装置加速至初始转速，所述初始转速低于轴式装置的转速；‑检测轴式装置和转动装置之间的角度差；‑以从期望转速差中导出的加速度值加速转动装置，所述期望转速差根据检测到的角度差、加速度和期望的目标联接角形成。本发明还涉及所属的设备。

Description

用于将蒸汽轮机和燃气轮机以期望的角度差联接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将转动装置、尤其蒸汽轮机和轴式装置、尤其燃气轮机联接的方法。
背景技术
在组合的蒸汽和燃气电厂中首先通过气体燃烧驱动燃气轮机。借助燃气轮机的废热产生用于蒸汽轮机的蒸汽。在蒸汽和燃气电厂起动时，因此首先运行燃气轮机。当提供足够蒸汽时，才能够接通蒸汽轮机。在单轴设施中，将燃气轮机和发电机固定地连接在一个轴上。蒸汽轮机设置在相同的轴上并且能够经由联接器连接。因此，需要将蒸汽轮机和燃气轮机联接。
在此，在实践中随机地得到联接角度。从EP 1 911 939A1中已知的是：有针对性地选择联接角度。由此可行的是：选择使振动负荷最小化的联接角度。由此，粗略地说可行的是：在一定范围内补偿这两个涡轮机的不平衡。刚好与两个涡轮机联接成使得不平衡相加的联接相比，由此能够实现振动负荷的降低。但尽管存在该优点，仍不使用该方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种改进的用于以期望的联接角度进行联接的方法。同样地，要开发相应的设备。
尽管下面描述的发明基本上适合于将极其不同的转动装置与极其不同的轴式装置联接，但为了直观地描述，总是将蒸汽轮机选择作为转动装置的实例并且将燃气轮机选择作为轴式装置的实例。在此，其为目前看来本发明最重要的应用。但是，其他应用是明确可考虑的。
已知的是：用于将蒸汽轮机和燃气轮机联接的方法能够借助如下步骤来说明。首先，将蒸汽轮机加速至初始转速，所述初始转速低于燃气轮机的转速。对此，如通常那样进行并且在蒸汽量足够的情况下起动蒸汽轮机。在此适用的是：检测在蒸汽轮机和燃气轮机之间的角度差。在达到初始转速的情况下，以加速度值继续蒸汽轮机的加速，所述加速度值根据转速差和角度差来选择。一旦蒸汽轮机和燃气轮机之间的转速差下降到数值零，就将蒸汽轮机接入，其中蒸汽轮机同时继续加速。因此，在接入过程开始时，蒸汽轮机的转速等于燃气轮机的转速。蒸汽轮机相对于燃气轮机加速，使得蒸汽轮机转速短暂地升高超出燃气轮机的转速。
根据预设的目标角度和直至初始转速的蒸汽轮机加速度，实际要选择的蒸汽轮机转速期望值根据角度差和转速差来设置。在此，利用如下知识：在初始转速时的角度差、用以将蒸汽轮机相对于燃气轮机从初始转速加速至期望转速的加速度值和所得到的联接角度(在此为目标联接角度)之间存在明确的关联。燃气轮机的转速和期望转速之间的差称作为期望转速差。蒸汽轮机的期望转速是时间变化的并且根据转速差和角度差来形成。在接入期间，蒸汽轮机的转速升高略微超过燃气轮机的转速。在接入结束之后，燃气轮机和蒸汽轮机的转速自然是相同的。
根据本发明，转动装置的转速随转速期望值改变，其中期望转速差与角度差相关并且从期望转速差和角度差之间的相关性中确定转速期望值，其中在确定转速期望值时附加地考虑所确定的转速差。
轴式装置和转动装置彼此间有角度差地旋转，其中在该联接之后达到的最佳角度差在的情况下，将轴式装置和转动装置彼此设置成，使得旋转动态特性如振动等是优化的。
随机地得到在初始转速时的角度差，简称为起始角度差，并且借助角度差测量来确定在初始转速时的角度差。在此，以计算的方式从围绕所谓的名义起始角度差的360°包围的范围中选择起始角度差。名义起始角度差为如下角度，考虑到目标角度，在蒸汽轮机加速度保持不变的情况下，直至接入之前，燃气轮机相对蒸汽轮机超前了该角度。这将以实例示出：起始转速差是1Hz，至此的蒸汽轮机加速度是0.05Hz/s，目标值是0°，于是，名义起始角度差是3600°。
该方法的目的是：在联接之后实现最佳角度差，其中转动装置和轴式装置最佳地相互定向。
一般将目标联接角度选择成，使得实现所联接的燃气轮机和蒸汽轮机的振动负荷最小化。在此，通过测量振动负荷和通过以计算的方式考虑能够确定要优选控制的目标联接角度。在通常情况下，考虑这两者的组合。
轴式装置的转速改变通过加速转动装置进行。
在选择初始转速差和选择加速度值时，存在自由度，即使该自由度是受限的。在选择加速度值时要考虑的是：有足够蒸汽可供使用并且不出现不稳定性等。
已证实为有利的是：初始转速差为大约0.5Hz至大约1Hz，其中蒸汽轮机的转速小于燃气轮机的转速。
该方法相对于EP 1 911 939 A1中应用的方法的主要优点是：在保持转速情况下不需要中断加速过程。因此，能够顺畅地接入并且同时实现期望的目标联接角度。
也要注意的是：在蒸汽轮机从初始转速加速至蒸汽轮机速度已达到燃气轮机速度时的转速期间，燃气轮机超前于蒸汽轮机数个以目标角度计的整转。关于角度差的变化，燃气轮机超前的整转的数量明显是不重要的。整转的数量的变化提供另外的自由度，使得为了达到期望的目标联接角度，在加速度给定的情况下不同的初始转速差是可行的，或者在初始转速差给定的情况下考虑不同的加速度值。
在一个实施方式中，从转速差范围中选择期望的初始转速差，使得在期望的加速度值固定的情况下从期望转速差中选择如下数值，借助所述数值将蒸汽轮机加速至初始转速。由此能够实现：为了达到目标角度，尽可能少地或甚至在理想情况下不必改变加速度值。
在一个实施方式中提出：初始转速比燃气轮机的转速小1Hz，大致小0.5Hz至大致1.5Hz，或者大致小0.5Hz至大致1.1Hz。该数值证实为是适当的。
在另一实施方式中提出：加速度值为大致0.025Hz/s至大致0.075Hz/s、优选大致为0.05Hz/s。
在正常情况下要注意的是：在接入时，将角度差改变了一个联接旋转角度。这是因为蒸汽轮机在通常情况下首先加速到期望转速，即比燃气轮机的转速略微高的转速。由于接着超越过程之后转入到联接器套筒中，会出现向回旋转一个联接旋转角度。通过考虑联接旋转角度最后能够进一步优化振动负荷。
本发明也涉及一种具有燃气轮机和蒸汽轮机的相应的设备，所述设备具有用于将燃气轮机与蒸汽轮机联接的联接器。该设备具有用于检测在燃气轮机和蒸汽轮机之间的角度差的装置。还存在用于以加速度值加速蒸汽轮机的装置。此外，设置有如下机构，所述机构能够根据检测到的角度差和在燃气轮机和蒸汽轮机之间的期望转速差实现在燃气轮机和蒸汽轮机之间的期望的目标联接角度，其中所述检测到的角度差是通过确定加速蒸汽轮机的加速度值而得到的，在期望转速差时接入过程开始。
该设备适合于执行上述方法。通过该设备的设计方案能够实现该方法的不同的实施方式。
在此要体现的是：最多需要对已知的燃气轮机设施进行少量的结构上的改变，所述蒸汽轮机设施包括废热蒸汽发生器，所述废热蒸汽发生器提供用于驱动蒸汽轮机的蒸汽。因此，总是存在用于对蒸汽轮机加速的机构。具体地，在此还涉及要将蒸汽引导至蒸汽轮机的阀，以及该阀的所属的控制装置。也常见的是：确定涡轮机的相位。因此，一般存在相应的测量装置。当然，在已知的设施中，通常并不足够快地检测相位。因此，需要进行改装，以便足够快地检测相对角度并且将检测到的数值提供给控制装置。对此，通常大约4ms至大约20ms的计时是有意义的。此外，通常与现有技术相比仅修改控制装置。
附图说明
下面，根据附图详细阐述本发明。在此示出：
图1示出始于1Hz的初始转速差和为零的初始角度差在相对加速度不同的情况下不同的联接角度的关系；
图2示出始于1Hz的初始转速差和-3600°的初始角度差与角度差相关的期望转速差；
图3示例地示出燃气轮机和蒸汽轮机的转速的变化曲线；
图4示出在接入时的角度差的变化曲线和联接旋转角度；
图5示出轴系的示意图；
图6示出以期望的角度差接入的原理。
具体实施方式
在图1中针对不同的恒定加速度值示出在蒸汽轮机加速期间与相应的转速差相关的角度差。在横轴上绘制以Hz为单位的燃气轮机与蒸汽轮机的转速差。在竖轴上绘制以度为单位的角度差，其中也相加360°的整数倍。
最上方的虚划曲线示出在加速度值为0.025Hz/s的情况下的关系，中间的点划曲线示出在加速度值为0.05Hz/s的情况下的关系，并且下方的实线示出在加速度值为0.075Hz/s的情况下的关系。这将根据中间的曲线予以详细阐述。
将曲线的左下端部处的点视作为初始点。蒸汽轮机和燃气轮机之间的角度差为零，转速差为-1Hz。即，燃气轮机以比蒸汽轮机高一赫兹的转速转动。在该点处，即在蒸汽轮机的该初始转速差的情况下，要开始有针对性地接近联接角度。
蒸汽轮机以0.05Hz/s的保持相同的加速度相对于燃气轮机加速，直至两个涡轮机具有相同的转速。到蒸汽轮机具有相同速度的时间点为止，在此之前更快速的燃气轮机比蒸汽轮机多扫过3600°的角度，也即所述燃气轮机在该时间段中比蒸汽轮机多转10转。要指出的是，在此并未示出时间轴。如可在该曲线上看到的是：速度越接近，即转速差越小，则蒸汽轮机和燃气轮机之间的角度差变化下降。如还从不同的曲线中可见的是：加速度越小，则到接入开始为止经过的角度就越大。该效应主要考虑用于控制所选择的目标联接角度。
在不同加速度值和不同起始角度差的情况下，定量地适用不同关系，但是考量因素在其他方面是类似的。例如，在-3600°的起始角度和0.05Hz相对加速度的情况下，开始接入的目标接入角度为0°。
图2示出图1的颠倒的视图，其中仅示出加速度值为0.05Hz/s的曲线。在此，与图1相比，起始角度差设定成-3600°，以便名义上达到0°的目标联接角度。在横轴上绘制以度为单位的角度差，其中也相加360°的整数倍。在竖轴上绘制以Hz为单位的燃气轮机与蒸汽轮机的转速差。
图2因此示出：在0.05Hz/s的恒定的相对加速度的情况下，转速差与角度差如何相关。在此，在燃气轮机和蒸汽轮机的频率相一致的情况下认定角度差为0°。针对所选择的0.05Hz/s的加速度，图2示出中央的期望值曲线。因此，例如在角度差为900°的情况下，燃气轮机和蒸汽轮机之间的速度差例如应为-0.5Hz。这就是说，在角度差为900°的情况下，蒸汽轮机还比燃气轮机慢0.5Hz。在理想的情况下，图2描述在蒸汽轮机和燃气轮机之间的转速差和扫过的角度之间的关系。
如果在真实的设施中在所测量的角度差为-900°的情况下速度差更大，那么在0.05Hz/s的加速度保持相同的情况下并不达到0°的目标角度，而是达到更大的目标角度。在该情况下，蒸汽轮机过慢；所述蒸汽轮机必须更强地被加速。
相反地，如果在真实的设施中在所测量的角度差为-900°的情况下速度差更小，那么在0.05Hz/s的加速度保持相同的情况下并不达到0°的目标角度，而是达到更小的目标角度。在该情况下，蒸汽轮机过快；所述蒸汽轮机必须被制动。
接入过程本身在图3中示出。在横轴上绘制以秒为单位的时间并且在竖轴上绘制转速。蒸汽轮机首先比燃气轮机更慢，但是相对于所述燃气轮机被加速。燃气轮机的转速恒定地为50Hz，如通过点划线示出。蒸汽轮机的速度以实线绘制。在蒸汽轮机具有与燃气轮机相同速度的时间点，开始接入过程。即开始推入联接器。蒸汽轮机首先被继续加速，在此超越燃气轮机并且运转至联接器止挡。在该位置处进行制动。此后，两个涡轮机轴以相同的转速旋转。
从图4中可见接入对角度差的作用。在横轴上又绘制以秒为单位的时间并且在竖轴上绘制以度为单位的转速差。虚线示出角度差的期望值，所述期望值在此为0°。首先在下方伸展的实线示出实际的角度差的时间变化曲线。首先，为250°的蒸汽轮机的转动角度小于燃气轮机的转动角度。该转动角度差首先快速地下降，直至差为零度。此后，转动角度差又增加，当前为大约20°。这是因为在转入联接器套筒中时出现蒸汽轮机向回转动该联接旋转角度。联接旋转角度的变化曲线能够在点划线上看到。
因此，在选择联接时所期望的目标联接角度时要考虑：在接入时将转动角差改变该联接旋转角度。
图5示出轴系1的示意图。该轴系包括转动装置2，所述转动装置形成未示出的蒸汽轮机的轴3。轴3能够借助联接器4与发电机轴5耦联。发电机轴5通过发电机6驱动。经由另一联接器7将发电机轴5与轴式装置8连接，所述轴式装置形成未详细示出的燃气轮机的轴9。
经由键相器10确定轴3的转速和转动角度。经由另一键相器11确定轴9的转速和转动角度。将来自键相器10和键相器11的信号传输至单元12。从单元12中将角度差和转速差Δn转发给涡轮机调节器13。
直至预设的速度差，蒸汽轮机如常见的那样经由预设的斜坡被加速。在速度差为1Hz的情况下、即在初始转速为1Hz的情况下，切换到目标角度调节的接入。对此，检测0°至360°范围中的当前的角度差并且将该角度差减小了如下角度范围，在蒸汽轮机保持至今为止的加速度的情况下在开始接入之前燃气轮机扫过所述角度范围。这要以一个实例说明：燃气轮机和蒸汽轮机之间的转速差为1Hz，蒸汽轮机以0.05Hz/s加速。到蒸汽轮机和燃气轮机具有相同速度的时间点为止经过20s。在此经过的角度差为3600°。
图6描述目标联接角度的实际调节。蒸汽轮机旋转角度和燃气轮机旋转角度之间的差、即角度差借助于特征曲线转换成蒸汽轮机和燃气轮机之间的期望转速差。即，蒸汽轮机的期望转速根据燃气轮机转速和角度差来确定。因数“K”在此给出进一步加强期望转速差的附加的可行性。在此，因数“K”是调节差的反馈因数，即实际值与期望值的偏差。因此，其是P调节器。所述P调节器在所得到的总调节回路的特性方面单独地加以分析和确定。标准预设是K＝1。通过将燃气轮机转速相加得到蒸汽轮机的期望转速。
应用“可调偏移”实现：将整个计算预设值设计成为零的目标角度。不同于零的期望目标角度在该偏移上移动，使得能够应用与Δnsoll的关系的标准曲线。于是，借助该方案可行的是：将考量方案限制于为0°的期望目标角度。
除了角度差之外，在单元14中处理转速差Δn。此外，在单元14中处理转速nDT。在单元14中，生成期望转速所述期望转速引导至期望值控制装置15。在期望值控制装置中产生信号并且将其输送给另一期望值控制装置16。在期望值控制装置16的输出端处产生转速变化ΔnDT的数值并且将其转发给涡轮机调节器13。此外，将来自切换标准装置17的信号接入至涡轮机调节器13。随后，将来自切换标准装置的信号用于在期望值控制装置15和期望值控制装置16之间进行切换。
在蒸汽轮机以k Hz/s的恒定加速度相对于燃气轮机加速时，为了消除初始转速差Δω0需要时间t＝Δω0/k。在该时间中，系统经过相对角度差，所述相对角度差对应于(Δω0)2/(2*k)的整转。如果在起始转速差Δω0的情况下的角度差随机地对应于-360°*(Δω0)2/(2*k)，那么恒定加速度k适合于控制0°的目标角度。在每个另外的起始角度差情况下，必须改变加速度，以便实现0°的目标角度。现在，如果将起始角度设置成-360°*(Δω0)2/(2*k)+所测量的角度，那么这表示：涡轮机必须经历在达到初始转速之前相对于加速度k略微增大的加速度。在受调节地接近目标联接角度期间略微提高加速度与略微降低加速度相比证实为是更有利的。在起始转速差的情况下如上设置角度差的所选择的方案总是实现略微提高加速度。一个数值实例为：更好地以如下作为基础：蒸汽轮机必须超前270°，而不是要落后90°。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，但本发明并不受所公开的实例限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于将转动装置和轴式装置联接的方法，
所述方法具有如下步骤：
-将所述转动装置加速至初始转速，所述初始转速低于所述轴式装置的转速，其中所述轴式装置和所述转动装置彼此间有角度差地旋转，并且在该联接之后达到的最佳角度差
-检测轴式装置和转动装置之间的角度差其中确定转速差(Δn)，所述转速差由所述转动装置的转速(nDT)和所述轴式装置的转速(nGT)构成的差形成；
-以转速期望值(ΔnDT)改变所述转动装置的转速(nDT)，其中期望转速差(Δnsoll)与所述角度差相关并且从所述期望转速差(Δnsoll)和所述角度差之间的相关性中确定所述转速期望值(ΔnDT)，其中在确定所述转速期望值(ΔnDT)时附加地考虑所确定的转速差(Δn)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中还借助于所述转动装置的期望转速(nsoll，DT)作为输入变量来提供以所述转速期望值(ΔnDT)改变所述转动装置的转速(nDT)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中设有涡轮机调节器，所述涡轮机调节器具有所述转速期望值(ΔnDT)和切换标准，作为输入变量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述初始转速比所述轴式装置的转速低1Hz，0.5Hz至1.5Hz，或者0.9Hz至1.1Hz。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加速的加速度值为0.025Hz/s至0.075Hz/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转动装置是蒸汽轮机。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴式装置是燃气轮机。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加速的加速度值为0.05Hz/s。
9.一种具有轴式装置和转动装置的设备，
所述设备具有用于将轴式装置和转动装置联接的联接器，
所述设备具有：
用于检测轴式装置和转动装置之间的角度差的装置；
用于以加速度值加速所述转动装置的装置；
机构，所述机构能够根据检测到的角度差和检测到的转速差(Δn)实现达到轴式装置和转动装置之间的期望的目标联接角度，并且
其中在达到初始转速的情况下，以加速度值继续蒸汽轮机的加速，所述加速度值根据转速差和角度差来选择。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述转动装置是蒸汽轮机。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述轴式装置是燃气轮机。
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