CN106414907A - 用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压控制装置和蒸汽涡轮设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压的控制装置，其具有模块，用于通过快速地打开流出阀来降低液压压力和/或用于卸载或加载用于操作速关阀的促动器，其中，在运行燃料供给系统和/或导引系统中设有具备至少三个安全阀的控制阀装置，所述至少三个安全阀被液压地连接，使得只有当安全开关通过控制阀装置的至少两个安全阀转变到速关位置上时，才将流出阀打开或者使促动器卸载或加载。按照本发明规定，与其余的安全阀(1.5)无关的前置阀(1.4)液压地连接在每个安全阀(1.5)的前面，由此使得连接在相应的前置阀(1.4)后面的安全阀(1.5)在运行时能够液压地与前置阀脱耦。

Description

用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压控制装置和蒸汽涡轮设备
本发明涉及一种用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压的控制装置，具体地具有按照权利要求1的前序部分的技术特征。本发明还涉及一种蒸汽涡轮设备。
例如在发电厂中的蒸汽涡轮机，其中新鲜蒸汽从锅炉中释放并且在此驱动第一或多个涡轮级，该蒸汽涡轮机不允许超出确定的最高转速，从而尤其避免涡轮部件的损伤。为了在减少负荷、连接断开或类似情况时避免涡轮机超出最高转速，例如由DE 10 2004 042891 B3已知设有速关阀，当例如涡轮转速超过预设的阀值或者以其它方式识别到危险地超出最高转速时，速关阀在尽可能短的时间内中断或减小涡轮机的蒸汽质量流量。
这种速关阀和其激活要求相应的较高的可用性、安全性和可靠性。通常，速关阀因此具有工作缸或促动器，其通过液压压力克服预应力件、例如弹簧被通风并且由此主动打开速关阀，只要液压压力超出预应力件的预应力即可。为了关闭速关阀，尽可能快地减小液压压力，例如在贮料罐中控制。无压力的工作缸被预应力件迫使进入速关阀的关闭位置。
文献DE 10 2004 042 891 B3为此涉及一种用于蒸汽涡轮机的速关阀的控制装置，具有用于通过快速打开流出阀来减小液压压力的模块，其中，控制阀装置设有至少三个安全旁通阀，它们如此液压地连接，从而只有在控制阀装置的至少三个安全旁通阀转变到速关位置时，安全旁通阀才关闭速关阀。控制装置如此设计，使得液压压力在出现确定的情况时几乎突然地降低。在这种情况下人们称为2oo3开关(三选二开关)。
通过测试控制阀装置可以进行速关阀的测试，尤其所谓的部分行程测试(partialstroke test)，方法是，从例如完全地或在正常运行位置中打开的速关阀开始，首先如此减低液压压力，使得速关阀完全或至少部分关闭，为此例如工作缸或促动器实施完整行程或部分行程。接下来，液压压力再次升高并且速关阀由此回到其初始位置。
通过这种可在涡轮机的工作运行之前、之中和/或之后进行的测试，可以与安全阀的控制阀装置无关地检测速关阀的功能，并且由此例如识别到例如由于产生氧化皮造成的迟钝或卡止。
文献DE 10 2011 082 599 A1示出一种阀门装置，该阀门装置例如可以用于涡轮机。阀门装置具有三选二的逻辑连接。为此提供第一、第二和第三前置阀，其中，前置阀中的每一个控制两个安全阀。由此形成三个连接支路，其中，阀门装置中有利的是，安全阀安置在流入阀和流出阀中并且如此连接，使得流入阀和流出阀搭接连接支路。这意味着，流入阀中的两个和流出阀中的两个相应地相互串联连接，从而总体构成连接支路。在此规定，三个前置阀相应地配属有两个流入阀和两个流出阀。在此设有一种布置方式，使得两个流入阀中的一个和两个流出阀中的一个布置在第一连接支路中，并且其它流入阀和其它流出阀布置在另外的连接支路中，但是其它流出阀接入第一连接支路。
根据现有技术的前置阀由此在不同的连接支路中也配属有多个流入阀和流出阀。如果前置阀损坏，则涉及两个连接支路。冗余的连接技术、例如“三选二”连接不再具有功能性。
如果前置阀中的一个损坏，例如多路控制阀、传感器或类似元件损坏，由此运行必须被中断或者至少放弃所谓的TRIP功能。
TRIP功能用于例如在蒸汽涡轮机的紧急情况下快速地关闭。在此，连接三个安全旁通阀。通过三选二连接实现触发。这意味着，用于快速关闭的控制液体的控制通过操作至少两个安全旁通阀实现。
由文献EP 0433 791 A1已知一种具有三个旁通阀形式的安全阀的实施方式，该旁通阀具有配属于安全阀的用于操作旁通阀的磁性阀。在安全阀失效时，尽管如此仍可以通过控制配属于安全阀的操作阀保持运行。在此，操作阀仅用于作为安全阀的操作机构并且对安全阀的流入不具影响，所以在运行时无法更换单个安全阀。
本发明所要解决的技术问题是，提供具有速关阀的用于运行涡轮机的控制装置，其中，在安全阀故障时可以在正常运行时更换安全阀。
所述技术问题按照本发明通过权利要求1的技术特征解决。有利的改进方案由从属权利要求得出。
一种用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压的控制装置，其具有模块，用于通过快速地打开流出阀来降低液压压力和/或用于卸载或加载用于操作速关阀的促动器，其中，在运行燃料供给系统和/或导引系统中设有具备至少三个安全阀的控制阀装置，所述至少三个安全阀被液压地连接，使得只有当安全开关(Sicherheitsschaltung)通过控制阀装置的至少两个安全阀转变到速关位置上时，安全阀才将流出阀打开或者使促动器卸载或加载，其特征在于，与其余的安全阀无关的前置阀液压地连接在每个安全阀的前面，由此使得连接在相应的前置阀后面的安全阀在运行时能够液压地与前置阀脱耦。
液压的前置连接在此应理解为沿流动方向从液压源至液压降的设在前面的布置方式。
“液压的耦连”或“脱耦”尤其包括液压地直接或间接地通过另外的连接通道、管路、空间或布置在中间的构件的连接，或者确保或中断流体技术的连接。
本发明的基本想法是，每个安全阀配属有前置阀，其中，前置阀优选相互连接。由此，故障的安全阀可以在运行时被更换。为此，配属于故障的安全阀的前置阀转变到一个位置，其中可以断开连接在后面的安全阀，但是可继续传递既有的压力，从而不会中断正常的运行。在此，速关功能自动地从三选二转变为二选一连接。
连接布置方式在唯一一个装置中实现，从而提供了紧凑的布置方式。
在有利的实施方式中，三个前置阀液压地相互连接。如此有利地实现连接，使得三个前置阀分别连接在与压力源相连的连接管路上并且连接在与压力降相连的连接管路上。前置阀在压力降和压力源上的连接或者T管路和P管路用于将P接口和T接口减小到液压模块的最小值。T在此是贮料罐并且P是压力源。剩余管路的连接用于在操作前置阀时的二选一换向。
在改进方案中，各个前置阀并联。这使得与其它前置阀无关的运行方式，不受其它前置阀与安全阀的连接的不利影响。
此外，各个前置阀优选具有至少两个阀门位置，即-第一阀门位置，其中用于使前置阀与压力源流体地至少间接相连的接口和用于与安全阀上的接口流体地至少间接地相连的接口相连接，和-第二阀门位置，其中用于使前置阀与压力源流体地至少间接相连的接口相对于用于与安全阀上的接口流体地至少间接地相连的接口相分离。
根据特别有利的实施方式，各个前置阀被设计为多路旁通阀、尤其二位六通旁通阀。通过多路旁通阀在较高的功能集中性和构件的最小耗费下，可以实现多种技术效果。通过设计为二位六通旁通阀的设计方式，可以仅通过操作阀门便实现多个功能，如与安全阀脱耦以便更换安全阀，以及剩余安全阀与压力降的连接。
在特别有利的改进方案中规定，各个安全阀设计为安全旁通阀，其包括至少两个接口，即-用于至少间接地与压力源连接的接口和用于至少间接地与压力降连接的接口，-并且还具有至少两个阀门位置，其中，在第一阀门位置中，安全旁通阀上的用于至少间接地流体地与布置在相应安全旁通阀前面的前置阀相连的接口与安全旁通阀上的用于至少间接地与压力降相连的接口在流体技术上被分离或关闭，并且在第二阀门位置中，安全旁通阀上的用于至少间接地流体地与布置在相应安全旁通阀前面的前置阀相连的接口流体地与安全旁通阀上的用于至少间接地与压力降相连的接口相连接。
特别优选地，各个安全旁通阀设计为二位四通旁通阀，其包括两个分别用于流体地与布置在安全旁通阀前面的前置阀的接口相连的接口，和用于与压力降相连的接口以及用于流体地与另外的前置阀之一上的接口相连的接口。
在改进方案中，为了进行部分行程测试(partial stroke test)，附加地设有测试控制阀装置，其具有至少一个串联布置的旁通阀。通过这种测试，与安全阀的控制阀装置无关地检测速关阀的功能。
按照本发明设计的蒸汽涡轮机设备具有蒸汽流入装置和在蒸汽流入装置中速关阀，优选的是，配属于所述速关阀的根据权利要求1至10之一所述的液压的控制装置。在此，除了冗余的阀门布置方式可以在运行时更换安全阀中的一个，这可以整体提高设备的可用性并阻止无需的停机时间。
以下结合附图阐述按照本发明的技术方案。
在附图中：
图1示出处于正常运行状态的用于运行具有速关阀的涡轮机的控制装置；
图2示出根据图1的控制装置，但是相对于图1具有故障的安全旁通阀(MV1)和外设的排出阀；
图3示出根据图2的控制装置，但是相对于图2具有在连续的运行状态下用于去除安全旁通阀(MV1)的线路布置和外设的流出阀；
图4示出根据图1的控制装置，但是相对于图1具有触发的速关阀和外设的排出阀。
在图1中示出具有模块M的控制装置1，用于运行正常工作下的涡轮机4、尤其具有速关阀2的蒸汽涡轮机4。用于蒸汽涡轮机4的速关阀2的液压控制装置1包括模块M，用于通过快速操作、尤其打开阀门(在此为流出阀1.6)降低液压压力和/或用于加载或卸载用于操作速关阀2的促动器3(在此用于通过打开流出阀1.6和布置在运行燃料供给系统和/或导引系统5内的控制阀门装置6而卸载汽缸活塞装置的促动器3)。控制阀门装置6为此具有至少两个、优选如图1中所示的三个安全阀，如此液压地连接安全阀，从而只有当通过至少两个安全阀(在此为控制阀装置的安全旁通阀1.5)转入到一个也被称作速关位置的位置时，才打开流出阀1.6。安全阀在此设计为安全旁通阀1.5、优选可电磁操作的多路旁通阀、尤其二位四通旁通阀MV1、MV2和MV3，并且具有至少两个开关位置。第一开关位置I在此关闭了阀门上的可与压力介质源、尤其泵Pu相连的接口和压力降、尤其贮料罐Ta之间的连接，同时在第二开关位置II中存在阀门上的可与压力介质源相连的接口和压力降或阀门上的可与压力降相连的接口之间的连接。
按照本发明，多路旁通阀形式的前置阀1.4液压地连接在安全阀、尤其安全旁通阀1.5的前面，其中，如此设计各个前置阀1.4，使得在至少一个阀门位置中可以液压地关闭布置在后面的安全阀1.5。液压地前置意味着，安全阀1.5沿流动方向在压力源Pu和压力降Ta之间布置在前置阀1.4的后面并且在各个前置阀1.4和安全阀1.5之间存在流体导引的连接。各个前置阀1.4具有至少两个开关位置，其中，两个开关位置中的一个相当于阀门位置，该阀门位置可以实现安全旁通阀1.5与前置阀1.4的液压的闭锁或解耦。
在特别有利的设计方案中，所示的模块M分别包括三个这种类型的安全旁通阀1.5并且分别包括连接在安全旁通阀1.5前面的前置阀1.4。由此，为了实现速关功能必须实现至少始终有两个安全旁通阀1.5位于前述的第一开口位置。
在图1中示出控制装置1和尤其出于正常运行的阀门位置。泵Pu将位于管路中的控制液泵送给处于第一位置I的前置阀1.4。在其中存在与布置在各个前置阀1.4后面的安全旁通阀1.5的连接，尤其设在阀门上的接口的连接，用于将另外的布置在中间的结构单元与压力剂源直接或间接地连接。各个前置阀1.4被打开，使得控制液从相应的前置阀1.4被导引至多路旁通阀1.5。在接通电源后(在附图中未示出)连接安全多路旁通阀1.5并且置于图1所示的位置I。在第一阀门位置I关闭所示的多路旁通阀1.5，也就是说，在与压力剂源的直接或间距耦合的接口和与压力降的直接或间接耦合的接口之间不存在流体导引的连接。由此，接口P(在作为压力剂源的泵Pu的区域中)和接口T(在作为压力剂降低的贮料罐Ta的区域中)的流体连接被关闭。通过可调节的遮挡1.9和止回阀1.7在具有泵Pu的接口P的区域中流入的控制液流动经过接口A进入促动器3，在此活塞杆运动并且操作连接在其上的速关阀2。
如果两个或三个安全旁通阀1.5以任意的组合或顺序关断，则建立接口P和接口T之间的连接。控制液可以从贮料罐Ta中流出。促动器3的控制液随后通过连通贮料罐Ta的流出阀1.6被流出。速关时间取决于促动器3的弹簧力。
速关也能够可选地(在图1中用虚线示出：其余的被视作现有的)通过外部的流出阀1.10被支持。外部安置的流出阀1.10的使用可以根据阀门的额定值相应地缩短速关时间。通过控制装置1上的接口X尤其模块M实现流体形式的连接。
为了检测速关阀2和其功能，设有测试控制阀装置1.3。该测试控制阀装置具有第一多路旁通阀1.1(在此为二位二通旁通阀)以及两个另外的多路旁通阀1.2(在此为二位二通旁通阀MV4和MV5)。如果多路旁通阀1.2被接通，促动器3从其相应的位置移动。模块M和测试控制阀装置1.3优选构成结构单元。两个局部单元尤其可以构成紧凑的区块并且彼此相邻地和/或在支架上固定。这简化了整个控制装置1的安装并且减少了所需的结构空间。模块M和/或测试控制阀装置1.3优选具有终端位置监测，用于确定阀门是否正常地工作，例如占据受控的终端位置(打开或关闭位置)。
安全旁通阀1.5、尤其多路旁通阀MV1、MV2和MV3优选设计为二位四通磁性旁通阀。优选地，在此模块M的阀门将促动器3与设计为压力降的贮料罐Ta相连，或者将其从设计为压力源的泵Pu上分离，当促动器没有被供给能源时，也就是说，在无流动状态下打开速关阀2。在相同的方式下，第一和/或第二旁通阀1.2(在此为测试控制阀装置1.3的二位二通旁通阀MV4和/或MV5)将速关阀2与压力降相连，当其与压力源分离，如果其没有被供给能量，也就是说，在流通的状态下关闭速关阀2。但是也可以是相反的无流动的位置。
设计为多路旁通阀的前置阀1.4优选设计用于实现二位六通旁通阀的不同的功能。其在图1所述的运行方式下处于位置I。在二位六通旁通阀的位置I中，入口Z1与出口A2相连，入口Z3与出口A4相连。入口Z5和出口A6关闭。出口A2和出口A4再次与相应的安全旁通阀1.5流体形式地连接。
图2中示出一种状况，其中标记为MV1的安全旁通阀1.5故障。其例如保持在打开的位置II，同时其它的多路旁通阀MV2和MV3处于阀门位置I。现在为了更换MV1，操作与之对应的前置阀1.4、尤其多路旁通阀并且从它的根据图1所示的位置I转换到至少一个另外的位置II。在该位置II(在图3示出)，入口Z1和Z5与出口A6相连。另外的入口Z3以及另外的出口A2和A4被关闭。出口A6与另外的标记为MV2和MV3的安全旁通阀1.5流体形式地连接。标记为MV2和MV3的两个安全旁通阀1.5处在关闭的位置I。
如果达到图3所示的多路旁通阀1.4的位置，则布置在其后面的安全阀1.5(在此为MV1)可以不再处于运行状态并且被替换。用于操作速关阀2的连通逻辑自动地从三选二关断转变为二选一关断。
如果两个或三个安全旁通阀1.5以任何的组合或顺序被关闭(例如图4所示的安全旁通阀MV2和MV3)，则接口P和接口T之间建立连接。控制液可以从贮料罐Ta流出。促动器3的控制液通过流出阀1.6从贮料罐Ta流出。附加地，外部的流出阀1.10提供支持以便缩短速关时间。
可靠的超转速保护对于涡轮机是必不可少的。对于燃气涡轮机和蒸汽涡轮机意味着可靠地识别超速并且作为快速关闭速关阀的反应。这种液压的控制装置在设备中提供两个功能。电子分析单元识别超转速并且电子液压机组直接控制速关阀2。
各个阀门装置的可开关性通过相应的调节装置实现。安全阀的可开关性在此可以不同形式地实现，安全阀可实现至少两个阀门位置。优选地使用电磁的调节装置。前置阀1.4的调节装置可以机械地、电气地、液压地或其它形式地操作。优选地，在更换时手动地机械地反作用于弹簧力地操作前置阀。
在所有附图中示出了一下所谓的模块M上的接口：
至泵Pu的接口P，至贮料罐Ta的接口T，至MV1的接口MMV1，至MV2的接口MMV2，至MV3的接口MMV3，至MV4的接口MMV4，至MV5的接口MMV5，至流出阀1.10的接口X，至促动器3的在旁路中之流出阀1.10的接口A。此外还示出节流阀1.8和1.9，其与泵Pu以及流出阀1.10或促动器3相连。
附图标记列表
1 控制装置
1.1 旁通阀
1.2 旁通阀
1.3 测试控制阀装置
1.4 前置阀
1.5 安全阀、尤其安全旁通阀
1.6 流出阀
1.7 止回阀
1.8 节流阀
1.9 节流阀
1.10 流出阀
2 速关阀
3 促动器
4 涡轮机
5 运行燃料导引系统和/或供给系统
6 控制阀装置
Ta 贮料罐
Pu 泵
M 模块
MV1 多路旁通阀
MV2 多路旁通阀
MV3 多路旁通阀
MV4 二位二通旁通阀
MV5 二位二通旁通阀
P 接口
T 接口
MMV1、MMV2、
MMV3 至多路旁通阀MV1、MV2、MV3的接口
MMV4、MMV5 至二位二通旁通阀MV4、MV5的接口
X、A 接口
A2、A4、A6 前置阀的出口
Z1、Z3、Z5 前置阀的入口

Claims (11)

1.一种用于蒸汽涡轮机的速关阀的液压的控制装置，其具有模块，用于通过快速地打开流出阀来降低液压压力和/或用于卸载或加载用于操作速关阀的促动器，其中，在运行燃料供给系统和/或导引系统中设有具备至少三个安全阀的控制阀装置，所述至少三个安全阀被液压地连接，使得只有当安全开关通过控制阀装置的至少两个安全阀转变到速关位置上时，才将流出阀打开或者使促动器卸载或加载，其特征在于，与其余的安全阀(1.5)无关的前置阀(1.4)液压地连接在每个安全阀(1.5)的前面，由此使得连接在相应的前置阀(1.4)后面的安全阀(1.5)在运行时能够液压地与前置阀脱耦。
2.按照权利要求1所述的控制装置(1)，其特征在于，三个前置阀(1.4)液压地相互连接，尤其相应地通过共同的连接管路与压力源相连，并且通过共同的连接管路与压力降相连。
3.按照权利要求1或2所述的控制装置(1)，其特征在于，三个前置阀(1.4)并联。
4.按照前述权利要求之一所述的控制装置(1)，其特征在于，各个前置阀(1.4)具有至少两个阀门位置(I、II)，即
-第一阀门位置(I)，在所述第一阀门位置中，用于使前置阀(1.4)与压力源流体地至少间接相连的接口和用于与安全阀(1.5)上的接口流体地至少间接地相连的接口相连接，和
-第二阀门位置(II)，在所述第二阀门位置中，用于使前置阀(1.4)与压力源流体地至少间接相连的接口相对于用于与安全阀(1.5)上的接口流体地至少间接地相连的接口相分离。
5.按照前述权利要求之一所述的控制装置(1)，其特征在于，各个前置阀(1.4)被设计为多路旁通阀、尤其二位六通旁通阀。
6.按照权利要求1至5之一所述的控制装置(1)，其特征在于，各个安全阀(1.5)设计为安全旁通阀，其包括至少两个接口，即-用于至少间接地与压力源连接的接口和用于至少间接地与压力降连接的接口，并且还具有至少两个阀门位置(I、II)，其中，在第一阀门位置(I)中，安全旁通阀(1.5)上的用于至少间接地流体地与布置在相应安全旁通阀(1.5)前面的前置阀(1.4)相连的接口与安全旁通阀(1.5)上的用于至少间接地与压力降相连的接口在流体技术上被分离或关闭，并且在第二阀门位置(II)中，安全旁通阀(1.5)上的用于至少间接地流体地与布置在相应安全旁通阀(1.5)前面的前置阀(1.4)相连的接口流体地与安全旁通阀(1.5)上的用于至少间接地与压力降相连的接口相连接。
7.按照权利要求6所述的控制装置(1)，其特征在于，各个安全旁通阀(1.5)设计为多路旁通阀(MV1、MV2、MV3)、尤其二位四通旁通阀，其包括两个分别用于流体地与布置在安全旁通阀(1.5)前面的前置阀(1.4)的接口相连的接口，和用于与压力降相连的接口以及用于流体地与另外的前置阀(1.4)之一上的接口相连的接口。
8.按照前述权利要求之一所述的控制装置(1)，其特征在于，为了进行部分行程测试(partial stroke test)，附加地设有测试控制阀装置(1.3)，其具有至少一个串联布置的旁通阀(1.1)。
9.按照权利要求8所述的控制装置(1)，其特征在于，设有两个并联布置的二位二通旁通阀(1.1、1.2)。
10.按照权利要求1至9之一所述的控制装置(1)，其特征在于，在与速关阀(2)共同作用的促动器(3)和模块(M)之间布置有附加的流出阀(1.10)。
11.一种蒸汽涡轮设备，具有蒸汽涡轮机(4)、与之配属的蒸汽流入装置和在蒸汽流入装置中速关阀(2)以及配属于所述速关阀(2)的根据权利要求1至10之一所述的液压的控制装置(1)。
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