CN109154209B - 以期望的角度差利用理论加速度将蒸汽轮机与燃气轮机联轴的方法 - Google Patents

以期望的角度差利用理论加速度将蒸汽轮机与燃气轮机联轴的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将转动装置与轴装置联轴的方法，转动装置尤其是蒸汽轮机(5)，轴装置尤其是燃气轮机(2)，所述方法具有如下步骤：‑检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的角度差(7)；‑检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的速度差(8)；‑预测联轴相位角，当转动装置(5)以已知的加速度加速至开始联轴时，转动装置(5)和轴装置(2)以所述联轴相位角联轴；‑将预测的联轴相位角(10)与目标联轴相位角(11)进行比较，并且从中计算理论加速度(9)，使得预测的联轴相位角(10)与目标联轴相位角(11)相一致。

Description

以期望的角度差利用理论加速度将蒸汽轮机与燃气轮机联轴 的方法
背景技术
在组合式燃气和蒸汽发电厂中，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。在蒸汽和燃气发电厂开动时，因此首先运行燃气轮机。蒸汽轮机当被提供足够的蒸汽被时才能够被接通。在单轴设施中，燃气轮机和发电机固定连接在轴上。蒸汽轮机设置在相同的轴线中，并且能够经由联轴器连接。因此需要蒸汽轮机与燃气轮机联轴。
联轴相位角(Kuppepwinkel)在实践中在此随机地得出。从EP 1 911 939 A1中已知，有针对性地选择联轴相位角。借此可能选择联轴相位角，在该联轴相位角下振动负荷是最小化的。大概而言，因此可能的是，在一定范围中补偿两个涡轮机的不平衡。刚好与两个涡轮机联轴使得不平衡相加的联轴器相比，借此能够实现振动负荷的降低。尽管存在所述优点，所述方法并不被使用。
从EP 2 813 675 A1、还有WO 2014/198649 A1中已知用于有针对性地以如下加速度值加速蒸汽轮机的方法，所述加速度值从理论转速差中导出，所述理论转速差根据检测到的角度差、加速度和期望的目标联轴相位角形成。
从WO 2015/124332 A1中已知用于将蒸汽轮机和燃气轮机联轴的方法，所述方法具有如下步骤：1)将蒸汽轮机加速直至输出转速，所述输出转速低于燃气轮机的转速；2)检测燃气轮机与蒸汽轮机之间的角度差；3)借助如下加速度值加速蒸汽轮机，所述加速度值从理论转速差中导出，所述理论转速差根据检测到的角度差、加速度和期望的目标联轴相位角形成。
从US 2015/059347 A1中已知用于将两个轴联轴、尤其将燃气轮机和蒸汽轮机联轴的方法。检测第一轴的转速和转角，并且调节第二轴，这通过如下方式进行：将第二轴置于相对于第一轴的转速。在此，调节第二轴的加速度，使得只要第二轴置于预设的旋转速度，第二轴的标记相对于第一轴的标记处于预设的角度。在速度略微低于同步速度时，等待至经过相对角。那么，将第二轴快速地并且短暂加速并且与第一轴联轴。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于以期望的联轴相位角进行联轴的替选的方法。同样要开发相应的设备。
尽管下文示出的发明原则上适合于将不同的转动装置与不同的轴装置联轴，为了直观显示，始终选择蒸汽轮机作为用于转动装置的实例，并且将燃气轮机选择作为用于轴装置的实例。在此为本发明的从当前观点出发最重要的应用。但明确而言，其他的应用是可考虑的。因此，例如能够将不同的子涡轮机耦联。这在如下设施中是需要的，其中涡轮机的一部分在弱负荷的情况下不运行，并且仅在提高的功率要求下被开动。
已知的是，提供一种用于将蒸汽轮机和燃气轮机联轴的方法，所述方法具有如下步骤：
检测燃气轮机与蒸汽轮机之间的角度差(Differenzwinkel)；
检测燃气轮机与蒸汽轮机之间的转速差(Drehzahldifferenz)；
预测联轴相位角，当蒸汽轮机以已知的加速度加速直至开始联轴时，蒸汽轮机和燃气轮机以所述联轴相位角联轴；
将预测的联轴相位角与目标联轴相位角进行比较，并且从中计算理论加速度，使得预测的联轴相位角与目标联轴相位角相一致。
在测量方面足够的是，检测燃气轮机与蒸汽轮机之间的角度差和速度差。得出的联轴相位角的预测能够以计算的方式进行。
通过将预测的联轴相位角与目标联轴相位角进行比较，能够以简单的方式计算理论加速度，使得预测的联轴相位角与目标联轴相位角相一致。
要注意的是，用于预测的已知的加速度不必是测量值。因此，不需要测量蒸汽轮机的加速度。
在一个实施方式中，在预测时假设：只要蒸汽轮机的转速达到燃气轮机的转速，或者以选择的值超过燃气轮机的转速，就开始联轴。借此，能够描绘在自同步的切换联轴器中的关系。这种联轴器机械地构造，使得只要蒸汽轮机的转速轻微高于燃气轮机的转速，就进行联轴。即如果使用自同步的切换联轴器，在特定的、非常低的转速差的情况下，联轴自动地开始。因此，有利地这在预测时假设。
在一个实施方式中，计算的理论加速度用作为用于已知的加速度的值。如已经提到的那样，不需要测量已知的加速度。在通常情况下，当为已知的加速度选择作为理论加速度计算的值时，能够实现非常好的结果。
在一个实施方式中，蒸汽轮机以选择的加速度与要求的目标联轴相位角无关地加速，直至输出转速，所述输出转速优选低于燃气轮机的转速。借此，加速度迄今能够简单地达到，不必对现有技术的常见的方法进行改变。
在一个实施方式中，选择的加速度是恒定的。通常有意义的是，直至输出转速尽可能恒定地加速。
在一个实施方式中，联轴相位角的预测在以选择的加速度达到输出转速时开始。如解释的那样，不需要以测量的方式检测已知的加速度，所述加速度用于预测联轴相位角。更确切地说，通常借助计算的理论加速度工作。然而在预测开始时，对此还不存在值，除非已设置所述值。只要如在上述实施方式中那样在开始预测联轴相位角时，蒸汽轮机借助选择的加速度——通常恒定的加速度——加速，那么有意义的是，选择的加速度用作为已知的加速度。在此保持接受：选择的加速度通常是理论值，并且不确保，蒸汽轮机实际上以选择的加速度加速。但是，偏差是足够小的，使得方法尽管如此仍起作用。
在一个实施方式中，输出转速比轴装置的转速小大约0.5Hz至大约1.5Hz，优选小大约0.9Hz至大约1.1Hz。已经证实的是，借助所述值，一方面能够顺利地加速直至输出转速，并且另一方面可能以期望的角度差顺利地并且有针对性地联轴。
在一个实施方式中，在计算理论加速度时考虑，在联轴时，将角度差改变一个联轴转动角(Kupplungsverdrehwinkel)。联轴转动角在联轴时出于机械原因得出，所述机械原因在此未详述。当前，充分知晓，联轴转动角出现并且与相应的联轴相关。此外，联轴转动角是恒定的，并从而能够在计算时无问题地予以考虑。
在一个实施方式中，将理论加速度转换成理论转速，所述理论转速传递给涡轮机控制单元。通过适当地积分理论加速度，得到理论转速。
在此处要简要讨论涡轮机控制单元。涡轮机控制单元经由阀的位置来调节涡轮机的速度，所述阀设定用于蒸汽轮机的蒸汽输送。广泛使用的涡轮机控制单元作为输入信号需要理论转速。与此无关地，涡轮机控制单元用于涡轮机的加速。通过传递理论转速，因此如期望的那样因此实现理论加速度。(当想要迂回时)从理论加速度首先确定理论转速的方式仅取决于能够使用常规的涡轮机控制单元。
本发明也涉及一种相应的设备。设备在一个实施方式构成为，执行在上文中描述的方法。为了避免重复，关于设备参照方法的上述实施方式。一般性地，相应地调整编程就足够了。
在设备的一个实施方式中，角度差的检测能够以大约4ms至大约20ms或更低的时钟频率(Taktung)来确定。在此，为已知的设备的变型形式，所述变型形式非常有助于执行在上文中描述的方法。借此，能够更好地确定角度差。
附图说明
在下文中要利用附图根据实施例详细阐述本发明。
在此示出：
图1示出燃气和蒸汽发电厂的单轴设施
图2示出联轴相位角的预测的过程和理论加速度的调节
图3示出理论加速度的调节和与涡轮机控制单元的共同作用
图4示出测量的角度差和预测的联轴相位角的模拟
图5示出所调节的加速度的模拟。
具体实施方式
在图1中示出组合式燃气和蒸汽发电厂的对于本发明而言重要的部件。作为重要特征，可看到轴1。在所述轴上固定有燃气轮机2，所述燃气轮机随轴1转动。此外，可看到由燃气轮机2驱动的发电机3。
轴1由联轴器4中断。联轴器4构成为自同步的切换联轴器。
在轴1的连接于联轴器4的部分中存在蒸汽轮机5。联轴器3因此有将蒸汽轮机5与燃气轮机2联轴的任务。在此清楚的是，原则上为轴1的相应的轴部件的联轴。但因为所述轴固定地与燃气轮机或蒸汽轮机连接，不仅客观上正确地而且受直观示出支持地，提及蒸汽轮机5与燃气轮机2的联轴。
图2示出调节理论加速度和预测联轴相位角的过程。检测到的在燃气轮机2与蒸汽轮机5之间的角度差7以及检测到的在燃气轮机2与蒸汽轮机5之间的速度差8包括到预测模块6中。此外，包括理论加速度9，下面回到理论加速度上。
从角度差7、速度差8和理论加速度9中，在预测模块6中确定联轴相位角10，所述联轴相位角在如下情况下得出：蒸汽轮机5以所述理论加速度9加速，直至联轴器4开始联轴。在此要注意的是，只要蒸汽轮机5的转速轻微地超过燃气轮机2的转速，联轴器4由于其构成为自同步的切换联轴器受制于结构而开始联轴。
由预测得出的预测的联轴相位角10与预测的目标联轴相位角11比较。从预测的联轴相位角10与目标联轴相位角11的差中，在加速模块12中确定理论加速度9。如已经提到的那样，所述理论加速度传递给预测模块6。此外，将理论加速度9传递给积分器13。在积分器13中，从理论加速度9中通过将理论加速度9关于时间直至开始联轴积分，确定蒸汽轮机的理论转速14。
理论转速14如在图3中可见的那样传递给涡轮机控制单元15。这种涡轮机控制单元从现有技术中已知。出于完整性的原因，仍简略示出涡轮机控制单元15。涡轮机控制单元能够接受理论转速14，并且与测量的涡轮机转速16比较。在速度模块17中，从理论转速14与涡轮机转速16的比较中，确定蒸汽轮机阀19的理论位置18。
理论位置18与检测到的蒸汽轮机阀位置20比较。基于此，由位置模块(Stellungsmodul)21确定，调整单元22如何设定蒸汽轮机阀19。
上面的视图可见，用于利用理论加速度进行联轴的新方法能够容易地集成到现有的控制设计中。
视图视作为步骤的抽象化视图。在一个模块中进行一个步骤并且在另一模块中进行另一步骤的预测不表示，这些模块必须强制性地为不同的构件。因此，大量步骤能够在共同的计算单元上执行。更确切地说，为步骤的逻辑过程。
在图4中示出检测到的角度差和预测的联轴相位角的时间变化。在水平轴上绘制以秒为单位的时间并且在竖直轴上绘制以度为单位的角度。虚线示出检测到的角度差的变化，并且实线示出预测的联轴相位角。
在图5中绘制调节的加速度关于时间的模拟。在水平轴上以秒为单位示出时间。在竖直轴上以占任意加速度值的百分比绘制加速度。在85s和90s之间的强烈的下降归因于联轴。曲线的其他变化不再是重要的。在联轴之后，蒸汽轮机5和燃气轮机2当然具有相同的速度。
尽管本发明的细节通过优选的实施例详细地说明和描述，本发明并不受公开的实施例限制，并且其他变型形式能够由本领域技术人员从中导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种用于将转动装置(5)与轴装置(2)联轴的方法，
所述方法包括如下步骤：
-检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的角度差(7)；
-检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的速度差(8)；
其特征在于，包括如下步骤：
-预测联轴相位角，当所述转动装置(5)以已知的加速度加速直至开始联轴时，转动装置(5)和轴装置(2)以所述联轴相位角联轴；
-将所述预测的联轴相位角(10)与目标联轴相位角(11)进行比较，并且从中计算理论加速度(9)；和
-从所述理论加速度(9)中通过将所述理论加速度(9)关于时间直至开始联轴积分，确定所述转动装置(5)的理论转速(14)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在预测时假设：只要所述转动装置(5)的转速达到所述轴装置(2)的转速或者以选择的值超出所述轴装置(2)的转速，就开始所述联轴。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
将计算的所述理论加速度(9)用作为用于所述已知的加速度的值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述转动装置(5)以选择的加速度与要求的目标联轴相位角(11)无关地加速直至输出转速。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所选择的加速度是恒定的。
6.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
在以所选择的加速度达到所述输出转速时，开始预测所述联轴相位角。
7.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述输出转速比所述轴装置(2)的转速低大约0.5Hz至大约1.5Hz。
8.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
在计算所述理论加速度(9)时设置为：在联轴时将所述角度差改变一个联轴转动角。
9.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
将所述理论加速度(9)转换成理论转速(14)，所述理论转速传递给涡轮机控制单元(15)。
10.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述转动装置(5)是蒸汽轮机。
11.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述轴装置(2)是燃气轮机。
12.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述输出转速低于所述轴装置(2)的转速。
13.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
所述输出转速比所述轴装置(2)的转速低大约0.9Hz至大约1.1Hz。
14.一种具有轴装置(2)和转动装置(5)的设备，所述设备具有联轴装置(4)，用于将轴装置(2)和转动装置(5)联轴，所述设备具有：
用于检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的角度差(7)的装置；
用于检测轴装置(2)与转动装置(5)之间的速度差(8)的装置；
用于以加速度值加速所述转动装置(5)的装置(19)；
其特征在于，
设有用于预测的机构(6)，用于从检测到的角度差(7)、检测到的速度差(8)和已知的加速度中预测联轴相位角(10)，当所述转动装置(5)以已知的加速度加速直至开始联轴时，得出所述联轴相位角；
-设有机构(12)，所述机构将预测的联轴相位角(10)与目标联轴相位角(11)进行比较，并且从中能够计算理论加速度(9)；和
-积分器(13)，在所述积分器中从所述理论加速度(9)中通过将所述理论加速度(9)关于时间直至开始联轴积分，确定所述转动装置(5)的理论转速(14)。
15.根据权利要求14所述的设备，
其特征在于，
所述设备构成为用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
16.根据权利要求14或15所述的设备，
其特征在于，
所述角度差(7)的检测能够以大约4ms至大约20ms或更低的时钟频率来确定。
17.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
所述转动装置(5)是蒸汽轮机。
18.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
所述轴装置(2)是燃气轮机。
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