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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zum Erkennen
von Wassereintrag bzw. Wasserinduktion in Dampfturbinen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wassereintrag
in Dampfturbinen, der allgemein als Wasser oder kalter Dampf in
Dampfleitungen definiert werden kann, stellt ein Problem dar, das die
Lebensdauer und Leistungsfähigkeit
der Turbine beeinträchtigt.
Diese Anomalie wird gegenwärtig durch
niedrige Temperaturmesswerte oder abrupte Änderungen der Temperaturen
in den Dampfleitungen erkannt. Diese Temperaturmesswerte werden allgemein
mit Thermoelementen aufgenommen, die allgemein paarweise in der
oberen und unteren Hälfte
des Gehäuses
einer Dampfleitung an verschiedenen Punkten axial in dem äußeren Mantel
installiert sind. Unter normalen Bedingungen zeigen das untere und
das obere Thermoelement näherungsweise die
gleiche Temperatur an. Ein abrupter Rückgang der Temperatur des unteren
Thermoelementes bei einem im Wesentlichen unverändert bleibenden oberen Thermoelement
oder ein erheblicher Abfall der an beiden Thermoelementen gemessenen
Temperaturen unter einen vorbestimmten Wert kann jedoch das Vorhandensein
von Wasser in der Dampfleitung anzeigen.
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Die
bekannten Systeme verlassen sich zum Erkennen von Wassereintrag
im Wesentlichen auf abrupte Temperaturunterschiede an dem Thermoelementpaar.
Die Systeme zeigen an, dass ein Wassereintrag auftritt, wenn die
Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Thermoelement eine
vorbestimmte Grenze überschreitet.
Jedoch können
Schwankungen, die während
des normalen Betriebs einer Dampfturbine auftreten, solche Systeme
dazu veranlassen, das Auftreten eines Wassereintrags anzuzeigen,
wenn dies nicht der Fall ist. Demnach liefern diese bekannten Systeme
eine Anzahl von „Fehlalarmen". Im Laufe der Zeit
regelmäßig auftretende
Fehlalarme können
jedoch dazu führen, das
echte Wassereintragsereignisse ignoriert werden, was schwerwiegende
Auswirkungen auf den Zustand des Turbinensystems haben kann. Zumindest
verschwenden Fehlalarme, die den Bediener des Systems zwingen, zu
bestätigen,
dass kein Wassereintrag auftritt, Zeit und Ressourcen. Folglich
besteht Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur zuverlässigen Feststellung,
wann ein Wassereintrag in Dampfturbinen auftritt. Weitere Ziele, Merkmale
und Vorteile der Erfindung sind im Folgenden in der Beschreibung,
den Zeichnungen und den Ansprüchen
zu finden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Anmeldung soll folglich ein Verfahren zum Erkennen von
Wassereintrag in einer Dampfturbine beschreiben, das die Schritte
enthält: Messen
der Temperatur eines der Dampfrohre der Dampfturbine und Feststellen
anhand der gemessenen Temperaturen, ob in der Dampfleitung ein Temperaturabfall
gefolgt von einem Temperaturanstieg stattgefunden hat. In einigen
Ausführungsformen kann
das Verfahren wei terhin den Schritt des Bestimmens, ob die Änderungsgeschwindigkeit
bei dem Temperaturabfall die Änderungsgeschwindigkeit
bei dem anschließenden
Temperaturanstieg überstieg, enthalten.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Feststellens enthalten,
dass ein Wassereintrag wahrscheinlich ist, wenn in den Dampfleitungen
ein Temperaturabfall gefolgt von einem Temperaturanstieg stattgefunden
hat, wobei die Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturabfalls die Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturanstiegs überstieg. Das
Verfahren kann weiterhin die Schritte enthalten: Bestimmen, ob die
Dampfturbine bei näherungsweise
20% ihrer maximalen Leistungsabgabe arbeitet, und Feststellen, dass
ein Wassereintrag nicht wahrscheinlich ist, bevor zum ersten Mal
festgestellt worden ist, dass die Dampfturbine bei mindestens etwa 20%
ihrer maximalen Leistungsabgabe arbeitet.
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In
anderen Ausführungsformen
kann das Verfahren die Schritte enthalten: Bestimmen der Temperatur
des Dampfdichtungssystems der Dampfturbine und Feststellen, dass
ein Wassereintrag wahrscheinlich ist, wenn die Temperatur des Dampfdichtungssystems
unter eine vorbestimmte Temperatur abfällt und für eine vorbestimmte Zeitdauer
unterhalb des vorbestimmten Wertes bleibt. Das Bestimmen der Temperatur
des Dampfsystems kann ein Messen der Temperatur an einem Auslass
des Dampfdichtungssystemrohrs eines Dampfturbinenhilfsystems enthalten.
Die vorbestimmte Temperatur kann zwischen etwa 93°C und 149°C (200°-300°F) liegen,
und die vorbestimmte Zeitdauer kann näherungsweise 10 Sekunden betragen.
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In
weiteren Ausführungsformen
kann das Messen der Temperatur einer der Dampfleitungen ein Aufnehmen
der Temperaturmesswerte in Intervallen zwischen 0,5 und 2,5 Sekunden
ent halten. Die Bestimmung, ob ein Temperaturabfall stattgefunden hat,
kann das Feststellen enthalten, ob die Temperatur bei jedem von
einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden fallenden Temperaturmessperioden
wenigstens um einen vorbestimmten Betrag gefallen ist. Der vorbestimmte
Betrag kann näherungsweise
1,7°C (3°F) betragen,
und die vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden fallenden Temperaturmessperioden
kann 6 betragen.
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In
weiteren Ausführungsbeispielen
kann die Bestimmung, ob ein Temperaturabfall vorliegt, das Feststellen,
ob die Temperatur bei wenigstens einer vorbestimmten Anzahl von
aufeinanderfolgenden fallenden Temperaturmessperioden gefallen ist,
enthalten. Die Bestimmung, ob ein Temperaturanstieg vorliegt, kann
das Feststellen, ob die Temperatur bei wenigstens einer vorbestimmten
Anzahl von aufeinanderfolgenden ansteigenden Temperaturmessperioden
gestiegen ist, enthalten. Die vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender
fallender Temperaturmessperioden und die vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender
steigender Temperaturmessperioden kann 6 betragen.
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In
weiteren Ausführungsbeispielen
kann das Feststellen, ob die Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturabfalls die Änderungsgeschwindigkeit des
anschließenden
Temperaturanstiegs überstiegen
hat, die Schritte enthalten: Berechnen der durchschnittlichen Änderungsgeschwindigkeit
für die
vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender fallender Temperaturmesswerte,
Berechnen der durchschnittlichen Änderungsgeschwindigkeit für die vorbestimmte
Anzahl aufeinanderfolgender steigender Temperaturmesswerte und Vergleichen
der Änderungsgeschwindigkeit
für die
vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender fallender Temperaturmesswerte
mit der Änderungsgeschwindigkeit
für die vorbestimmte
Anzahl aufeinanderfolgender steigender Temperaturmesswerte. Das
Messen der Temperatur einer der Dampfleitungen kann in der Kammer
der ersten Stufe des Hochdruckbereichs, der Auslasskammer des Hochdrucksbereichs,
der Kammer der ersten Stufe des Mitteldruckbereichs und/oder der
Auslasskammer des Mitteldruckbereichs stattfinden.
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Die
vorliegende Anmeldung soll ferner ein Verfahren zum Erkennen von
Wassereintrag in einer Dampfturbine enthalten, dass die Schritte
enthalten kann: Messen der Temperatur einer der Dampfleitungen der
Dampfturbine in regelmäßigen Intervallen; Aufzeichnen
der Temperaturmesswerte und Bestimmen anhand der aufgezeichneten
Temperaturmesswerte, ob ein starker Rückgang gefolgt von einem allmählichen
Anstieg der Temperatur der Dampfleitung stattgefunden hat. Einige
Ausführungsformen
dieses Verfahrens können
die Schritte des Berechnens der Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturrückgangs
der Dampfleitung und der Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturanstiegs der Dampfleitung enthalten. In solchen Ausführungsformen
kann der starke Rückgang
gefolgt von einem allmählicher Anstieg
der Temperatur der Dampfleitung einen Rückgang der Temperatur enthalten,
dem ein Anstieg der Temperatur folgt, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des
Temperaturrückgangs
die Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturanstiegs übersteigt.
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In
weiteren Ausführungsformen
kann das Messen der Temperatur einer der Dampfleitungen das Aufnehmen
der Temperaturmesswerte in Intervallen zwischen 0,5 und 2,5 Sekunden
enthalten. Das Feststellen, ob ein starker Rückgang der Temperatur der Dampfleitung
stattgefunden hat, kann das Feststellen enthalten, ob bei einer
vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender zurückgehender Temperaturmesswerte
ein Rückgang
der Temperatur aufgetreten ist, und das Bestimmen, ob ein allmählicher Anstieg
der Temperatur der Dampfleitung aufgetreten ist, enthält das Feststellen,
ob ein Anstieg der Temperatur bei einer vorbestimmten Anzahl aufeinander
folgender ansteigender Temperaturmesswerte aufgetreten ist. Der
starke Rückgang
der Temperatur der Dampfleitung kann einen Temperaturrückgang in der
Weise enthalten, dass die durchschnittliche Änderungsgeschwindigkeit während der
vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender zurückgehender Temperaturmesswerte
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Der allmähliche
Anstieg der Temperatur der Dampfleitung kann einen Temperaturanstieg
in der Weise enthalten, dass die durchschnittliche Änderungsgeschwindigkeit
während
der vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender ansteigender Temperaturmesswerte
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch Studium
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen deutlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels
eines Wassereintragerkennungsalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
ein detaillierteres Flussdiagramm einer Komponente des in 1 gezeigten Flussdiagramms.
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Detaillierte
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Es
wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, wobei die einzelnen
Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten die gleichen Elemente
bezeichnen: 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, ein Datenflussdiagramm 100,
das in einem Verfahren oder System zum genauen Vorhersagen des Vorhandenseins
eines Wassereintrags in den Dampfleitungen einer Dampfturbine verwendet
werden kann. Das Datenflussdiagramm 100 kann drei Hauptdatenflüsse enthalten, die
zum Vorhersagen einer Wassereintragsanomalie verwendet werden. In
einigen Ausführungsbeispielen kann
das Datenflussdiagramm 100 verwendet werden, während die
Dampfturbine in den folgenden Zuständen betrieben wird: Aktiver
Turning-Betrieb,
Beschleunigen, Drehzahl Halten, volle Drehzahl ohne Last und/oder
Betrieb unter Last.
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Diese
Hauptdatenflüsse
können
einen DWATT-Datenfluss, der bei DWATT 102 beginnen kann
und sich auf die Leistungsabgabe der Dampfturbine bezieht, einen
Temperaturwertdatenfluss, der bei Temperaturwert 104 beginnen
kann und sich auch die Temperatur der Dampfleitungen bezieht, und
einen TTSSH-Datenfluss
enthalten kann, der bei TTSSH 106 beginnen kann und sich
auf die Temperatur des Dampfdichtungssystems beziehen kann. Fachleute
werden erkennen, dass der hierin beschriebene Datenfluss in gewisser
Weise abgewandelt werden kann oder weniger als alle drei dieser Datenflüsse verwendet
werden können,
ohne von dem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Konzept abzuweichen. Die
Verwendung aller drei Datenflüsse
in 1 ist nur eine beispielhafte Ausführungsform.
Wie unten genauer beschrieben kann der Prozess erfolgreich verwendet
werden, um einen Wassereintrag nur unter Verwendung des Temperaturwert-Datenflusses
alleine, des Temperaturwert-Datenflusses
zusammen mit dem DWATT-Datenfluss, des TTSSH-Datenflusses alleine oder aller drei
in 1 gezeigten Datenflüsse festzustellen.
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Der
DWATT-Datenfluss kann einen DWATT-Messwert in einem DWATT-Block 102 enthalten.
Dieser Messwert kann die Leistungsabgabe der Dampfturbine anzeigen
und von Steuerungssystemen und -verfahren gewonnen werden, die in
der Fachwelt zum Steuern und Betreiben von Dampfturbinensystemen
bekannt sind. Beispiele für
bekannte Steuerungs- und Betriebssysteme enthalten Turbinensteuerungs-
und - schutzsystem, wie z.B. die Systeme Speedtronic®, Mark
V® und
Mark VI®.
Sobald der DWATT-Messwert
gewonnen worden ist, kann der Prozess zu dem Entscheidungsblock 108 fortschreiten,
wo eine Feststellung vorgenommen wird, ob DWATT wenigstens 20% des
Nennwertes beträgt,
d.h. ob die Dampfturbine bei 20% ihrer maximalen Leistungsabgabe
betrieben wird. Wenn diese Prüfung
das Ergebnis „Ja" liefert, kann der
Prozess zu dem UND-Block 110 fortschreiten (dessen Betrieb unten
genauer beschrieben wird). Wenn die Prüfung das Ergebnis „Nein" liefert, kann der
Prozess zu einem Block „Keine
Maßnahme
erforderlich" 112 fortschreiten,
wo festgestellt wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine
wahrscheinlich nicht vorhanden ist und folglich keine Maßnahme erforderlich ist.
Fachleute werden erkennen, dass der oben verwendete Wert von 20%
nur beispielhaft ist und in gewissem Maße auf einen höheren oder
niedrigeren Wert eingestellt werden kann, ohne von dem erfindungsgemäßen Konzept
abzuweichen, das hierin beschrieben ist.
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Bei
dem Temperaturwertblock 104 werden Temperaturablesewerte
von einem oder mehreren Orten in der Dampfturbine ge wonnen. Diese
Orte können
Temperaturmesswerte von den Dampfleitungen von der Kammer der ersten
Stufe bzw. First Stage Bowl des Hochdruckbereichs des Dampfturbinensystems
enthalten. Die an diesem Ort aufgenommenen Temperaturen können die
Metalltemperatur der Dampfleitung wiedergeben und können von
Einrichtungen, wie z.B. Thermoelementen und anderen in der Fachwelt
bekannten Systemen aufgenommen und aufgezeichnet werden.
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Die
Temperaturmesswerte in der Kammer der ersten Stufe des Hochdruckbereichs
können
als ein einzelner Messwert oder in Paaren aufgenommen werden. Wenn
sie als Einzelmessung aufgenommen werden, kann der Temperaturmesswert
die Metalltemperatur der Dampfleitung in dem Hochdruckbereich durch
Messen eines einzigen Punktes auf der Dampfleitung aufzeichnen.
Wenn sie in Paaren aufgenommen werden (wie es in der Industrie und
in bekannten, für
die Erkennung von Wassereintrag verwendeten Systemen üblich ist),
kann die erste Messung die Metalltemperatur der oberen Hälfte der
Dampfleitung aufzeichnen, und die zweite Messung kann die Metalltemperatur
der unteren Hälfte der
Dampfleitung aufzeichnen. Die beiden Messwerte können danach gemittelt werden,
um eine Metalltemperatur der Dampfleitung an diesem speziellen Punkt
der Leitung zu erhalten. Die Einzelmesswerte oder gemittelten Messwertpaare
können
in kurzen Intervallen (wie z.B. alle 0,5 bis 2,5 Sekunden) aufgenommen
werden, und die Messwerte können
nach in der Fachwelt bekannten Verfahren aufgezeichnet werden, so
dass auf die aufgezeichneten Temperaturmesswerte zugegriffen werden
kann und diese in späteren
Berechnungen verwendet werden können. Dies
kann unter Verwendung bekannter Steuerungs- und Betriebssysteme
für Dampfturbinen
erreicht werden, von denen einige oben beschreiben sind. Weiterhin
werden Fachleute er kennen, dass von dem hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren mehrere
Temperaturmessstellen in der Kammer der ersten Stufe des Hochdruckbereichs
verwendet werden können.
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Bei
dem Temperaturwertblock 104 können auch Temperaturmesswerte
von anderen Orten in der Dampfturbine aufgenommen und aufgezeichnet werden.
Zum Beispiel können
Temperaturmesswerte an den Dampfleitungen der Auslasskammer bzw.
Exhaust Bowl des Hochdruckbereichs des Dampfturbinensystems aufgenommen
und aufgezeichnet werden. Ähnlich
den oben aufgenommenen Temperaturen können diese Messungen auch als
Einzelmessungen oder in Paaren vorgenommen werden, wie es oben beschrieben
worden ist. Die einzelnen oder paarweisen Messungen können in
kurzen Intervallen (wie z.B. alle 0,5 bis 2,5 Sekunden) vorgenommen werden,
und die Messwerte können
nach in der Fachwelt bekannten Verfahren aufgezeichnet werden, so
dass auf die aufgezeichneten Temperaturmesswerte zugegriffen werden
kann und diese in späteren
Berechnungen verwendet werden können. Fachleute
werden erkennen, dass von dem hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren
mehrere Temperaturmessstellen in der Auslasskammer des Hochdruckbereichs
verwendet werden können.
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Bei
dem Temperaturwertblock 104 können auch Temperaturmesswerte
an den Dampfleitungen der Kammer der ersten Stufe des Mitteldruckbereiches
aufgenommen und aufgezeichnet werden. Diese Messung kann ebenfalls
wie oben beschrieben als Einzelmessung oder paarweise vorgenommen
werden. Die Einzel- oder
Paarmessungen können
in kurzen Intervallen (wie z.B. alle 0,5 bis 2,5 Sekunden) vorgenommen
werden, und die Messwerte können nach
in der Fachwelt bekannten Verfahren aufgezeichnet werden, so dass
auf die aufgezeichneten Temperatur messwerte zugegriffen werden kann
und diese in späteren
Berechnungen verwendet werden können.
Fachleute werden erkennen, dass von dem hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren mehrere
Temperaturmessstellen in der Kammer der ersten Stufe des Mitteldruckbereichs
verwendet werden können.
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Bei
dem Temperaturwertblock 104 können auch Temperaturmesswerte
an den Dampfleitungen der Auslasskammer des Mitteldruckbereichs
des Dampfturbinensystems aufgenommen und aufgezeichnet werden. Ähnlich den
oben aufgenommenen Temperaturen kann auch diese Messung wie oben beschrieben
als Einzel- oder in Paarmessung vorgenommen werden. Die einzelnen
oder paarweisen Messungen können
in kurzen Intervallen (wie z.B. alle 0,5 bis 2,5 Sekunden) aufgenommen
werden, und die Messwerte können
nach in der Fachwelt bekannten Verfahren aufgezeichnet werden, so
dass auf die aufgezeichneten Temperaturmesswerte zugegriffen werden
kann und diese in späteren
Berechnungen verwendet werden können.
Fachleute werden erkennen, dass von dem hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren
mehrere Temperaturmessstellen in der Auslasskammer des Mitteldruckbereichs
verwendet werden können.
Ferner werden Fachleute erkennen, dass weitere Orte in anderen Bereichen
der Dampfturbine für
die benötigten
Temperaturmessungen verwendet werden können.
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In
dem Block 114 können
die in dem Block 104 aufgenommenen Temperaturmesswerte
zusammen mit den zuvor aufgezeichneten Temperaturmesswerten in der
Weise analysiert werden, dass der Prozess sie im Wesentlichen auf
einen starken Abfall der Temperatur, dem ein allmählicher
Anstieg folgt, untersucht. In einigen Ausführungsbeispielen kann dies
als ein Abfall gefolgt von einem Anstieg definiert sein, wobei die Änderungs geschwindigkeit
des Abfalls größer ist
als die Änderungsgeschwindigkeit
des Anstiegs. In anderen Ausführungsformen
kann der starke Temperaturabfall als eine Temperaturrückgangsgeschwindigkeit
definiert sein, die einen vorbestimmten Wert übersteigt. Der allmähliche Temperaturanstieg
kann als eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit definiert sein,
die kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Ein derartiges Muster,
d.h. ein starker Temperaturabfall, dem ein allmählicher Temperaturanstieg folgt,
kann für
eine Wassereintragsanomalie in der Dampfturbine kennzeichnend sein.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel
dieses Prozesses (d.h. des Prozesses, durch den das Verfahren eine Überprüfung auf
einen starken Temperaturabfall gefolgt von einem allmählichen
Temperaturanstieg vornimmt) ist in dem Text im Zusammenhang mit 2 genauer
beschrieben. Fachleute werden erkennen, dass es weitere Verfahren
zum Erkennen dieses Zustands gibt, von denen einige hierin beschrieben sind,
und dass der in 2 beschriebene Prozess nur beispielhaft
ist. In dem Entscheidungsblock 116 kann der Prozess zu
einem UND-Block 110 fortschreiten, wenn die Bedingung des
Blocks 114 erfüllt ist.
Wenn jedoch festgestellt wird, dass der im Block 114 beschriebene
Zustand nicht vorliegt, kann der Prozess von dem Block 116 zu
dem Block „Keiner Maßnahme erforderlich" 112 fortschreiten,
wo festgestellt wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine
wahrscheinlich nicht vorhanden ist und folglich keine Maßnahme erforderlich
ist.
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In
dem UND-Block 110 wird eine logische UND-Verknüpfung der
Eingänge
aus den Blöcken 108 und 116 durchgeführt. Auf
diese Weise kann der Prozess zu einem Block 118 fortschreiten,
wo festgestellt wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine
wahrscheinlich ist, sofern die Bedingungen so wohl von dem Block 108 als
auch von dem Block 116 erfüllt sind (d.h. sowohl der Block 108 als
auch der Block 116 das Ergebnis „Ja" liefert). Nach in der Fachwelt bekannten
Verfahren kann das System dann durch einen Alarm, eine e-Mail etc.
Bediener alarmieren, dass Wassereintrag in der Dampfturbine wahrscheinlich
ist und eine Abhilfemaßnahme
ergriffen werden sollte. Wenn jedoch an einem der Eingänge von
dem Block 108 und dem Block 116 oder an beiden
der Zustand „Ja" nicht vorhanden
ist, schreitet der Prozess nicht zu dem Block 118 fort.
Stattdessen schreitet der Prozess zu dem „Keine Maßnahme erforderlich" Block 112 fort,
wo festgestellt, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine wahrscheinlich nicht
vorhanden ist und folglich keine Maßnahme erforderlich ist.
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Der
TTSSH-Datenfluss kann einen TTSSH-Temperaturmesswert in einem Block 106 enthalten.
Der TTSSH-Temperaturmesswert kann die Temperatur des Dampfdichtungssystems
der Dampfturbine anzeigen. Dieser Messwert kann durch Aufzeichnen
der Temperatur an dem Auslass des Dampfdichtungssystemrohrs des
Dampfturbinenhilfsystems gewonnen werden. Diese Temperaturmessung
kann durch Einrichtungen, wie z.B. ein Thermoelement und in der
Fachwelt bekannte Systeme vorgenommen werden. Der TTSSH-Messwert
in dem Block 106 kann auch durch in der Fachwelt bekannte
Steuerungssystem aufgezeichnet werden, so dass auf frühere Messwerte
zugegriffen werden kann und diese in späteren Berechnungen verwendet
werden können.
In einem Entscheidungsblock 120 kann eine Feststellung
getroffen werden, ob die TTSSH-Temperatur unter einen vorbestimmten
Wert gefallen ist und dort für
eine vorbestimmte Zeitdauer im Wesentlichen ständig geblieben ist. Das vorbestimmte
Temperaturniveau kann näherungsweise
93°C und 149°C (200 bis
300°F) betragen,
wobei dies in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Dampfturbi nenanwendungen und dem Druck, bei
dem sie arbeiten, abgeändert
werden kann, weil diese Temperatur im Wesentlichen auf der Temperatur
basiert, bei der der Dampf in der Dampfturbine kondensiert. Wie
in 1 gezeigt kann der vorbestimmte Temperaturwert
bei 121°C
(250°F)
liegen.
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Die
Zeitdauer, für
die die Temperatur im Wesentlichen ständig bei dem gesunkenen Temperaturmesswert
bleiben muss, kann etwa 5 bis 15 Sekunden betragen, wobei auch dies
in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Anwendungen geändert werden kann. Für einige
Anwendungen kann die Zeitdauer, für die die Temperatur im Wesentlichen
gleich bleibend bleiben muss, etwa 10 Sekunden betragen. Wenn die
Bedingungen in dem Block 120 erfüllt sind, d.h. die Antwort „Ja" erhalten wird, kann
der Prozess zu dem Block 118 fortschreiten, wo festgestellt
wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine wahrscheinlich
ist. Wenn aus der Untersuchung in Block 108 das Ergebnis „Nein" erhalten wird, schreitet
der Prozess zu einem Block „Keine
Maßnahme
erforderlich" 122 fort,
wo festgestellt wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine
wahrscheinlich nicht vorliegt ist und folglich keine Maßnahme erforderlich ist.
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2 zeigt
ein Datenflussdiagramm 200, das ein Ausführungsbeispiel
der Temperaturwert-Datenflusskomponente aus 1 genauer
beschreibt. Der Prozess kann bei einem Temperaturwertblock 201 beginnen,
wo von einem der oben beschriebenen Orte in der Dampfturbine der
Temperaturmesswert gewonnen wird. Diese Temperaturmessstellen können Dampfleitungen
in der Kammer der ersten Stufe des Hochdruckbereichs, der Auslasskammer des
Hochdruckbereichs, der Kammer der ersten Stufe des Mitteldruckbereichs,
der Auslasskammer des Mittel druckbereichs oder weitere Orte enthalten.
Der Prozess kann in dem Block 201 einen gegenwärtigen Messwert
an einer der Temperaturmessstellen bestimmen, und das Datenflussdiagramm 200 kann
die Verarbeitung dieser Daten wiedergeben, wenn sie von einer der
Temperaturmessstellen in der Dampfturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung empfangen worden sind.
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Sobald
der Temperaturmesswert in Block 201 gewonnen worden ist,
kann der Prozess zu einem Block 202 fortschreiten, wo der
Mittelwert der zuvor aufgezeichneten Abtastungen berechnet werden
kann. In einigen Ausführungsformen
können
die drei vorhergehenden Temperaturmesswerte (d.h. die Temperaturmesswerte,
die vor dem gegenwärtigen Temperaturmesswert
aufgenommen und aufgezeichnet worden sind) gemittelt werden, um
einen Temperaturmittelwert zu erhalten. Fachleute werden erkennen,
dass zum Gewinnen des Mittelwertes auch mehr oder weniger frühere Temperaturmesswerte verwendet
werden können.
Ferner kann der Prozess in einigen Ausführungsformen auch nur einen
einzigen früheren
Temperaturmesswert verwenden und folglich den Schritt der Mittelung überspringen.
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In
einem Block 204 kann der Prozess die Differenz zwischen
den gegenwärtigen
Temperaturmesswerten und dem Temperaturmittelwert berechnen, die
in dem Block 202 bestimmt worden ist. Auf der Grundlage
der in dem Block 204 berechneten Differenz kann der Prozess
zu einem Block 206 fortschreiten, um festzustellen, ob
die Temperatur an der Temperaturmessstelle steigend (falls die in
dem Block 204 bestimmte Differenz größer als Null ist) oder fallend
(wenn die in dem Block 204 bestimmte Differenz kleiner
als Null ist) ist. Wenn festgestellt wird, dass die Temperatur steigend
ist, kann der Pro zess zu einem Entscheidungsblock 208 fortschreiten. Wenn
festgestellt wird, dass die Temperatur fallend ist, kann der Prozess
zu einem Entscheidungsblock 210 fortschreiten.
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In
dem Entscheidungsblock 210 kann der Prozess feststellen,
ob die fallenden Temperaturmesswerte stark zurückgehen, was in einigen Ausführungsformen
als eine Änderungsgeschwindigkeit größer als
eine vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit
definiert sein kann. In einigen Ausführungsbeispielen kann die vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit
eine Änderungsgeschwindigkeit
größer als –1,7°C (–3°F) zwischen
Messwerten sein. Diese Berechnung kann z.B. unter Bezug auf die
in dem Block 204 berechnete Temperaturdifferenz vorgenommen
werden, und danach kann festgestellt werden, ob die vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit
für eine
bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte überschritten
ist. In einigen Ausführungsbeispielen
können
sechs aufeinanderfolgende Abtastungen verwendet werden. Wenn der
Entscheidungsblock 210 feststellt, dass die Differenz zwischen
dem gegenwärtigen
Wert und dem Mittelwert etwa –1,7°C (–3°F) für sechs
aufeinanderfolgende Abtastungen beträgt, stellt der Prozess demnach fest,
dass die Temperatur stark sinkt. Fachleute werden erkennen, dass
in Abhängigkeit
von der Anwendung als vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit auch
eine Temperaturdifferenz von größerem oder kleinerem
Wert verwendet werden kann und dass mehr oder weniger aufeinanderfolgende
Abtastwerte erforderlich sein können.
Obwohl die hierin angegebenen Werte für einige Anwendungen wirkungsvoll sein
können,
sind sie nur beispielhaft.
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Wenn
in dem Entscheidungsblock 210 festgestellt wird, dass die
Temperaturmesswerte stark sinken, kann der Prozess zu einem Block 220 fortschreiten.
Wenn in dem Entscheidungs block 210 festgestellt wird, dass
die Temperaturmesswerte nicht stark sinken, kann der Prozess zu
einem Block 222 fortschreiten, wo festgestellt wird, dass
ein Wassereintrag nicht wahrscheinlich ist und keine Maßnahme erforderlich
ist. Ferner können
in dem Entscheidungsblock 210 die mit den fallenden Temperaturen
zusammenhängenden
Daten an einen Entscheidungsblock 214 gesendet werden,
so dass die Frage, ob auf einen Temperaturabfall ein Temperaturanstieg
gefolgt ist, beantwortet werden kann. Dieser Datenfluss ist in 2 durch
eine gestrichelte Linie wiedergegeben.
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In
einem Entscheidungsblock 208 kann eine Feststellung vorgenommen
werden, ob die Temperatur für
Perioden aufeinanderfolgender Abtastungen steigend ist. In einigen
Ausführungsbeispielen
kann der Prozess feststellen, ob die Temperatur für sechs aufeinanderfolgende
Perioden steigt. In anderen Ausführungsformen
kann der Prozess feststellen, ob die Temperatur für aufeinanderfolgende
Perioden mit einer Änderungsgeschwindigkeit
gestiegen ist, die kleiner als eine vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit
ist, die zum Definieren eines allmählichen Temperaturanstiegs
verwendet werden kann. Folglich kann der Prozess in dem Block 208 wie
in 2 gezeigt auf das aufgezeichnete Ergebnis der
in dem Entscheidungsblock 206 vorgenommenen Berechnungen
zurückblicken,
um festzustellen, ob die Temperatur bei sechs aufeinander folgenden
Abtastungen gestiegen ist. (In anderen, in 2 nicht
gezeigten Ausführungsformen
kann der Prozess die früheren
Temperaturmesswerte und Berechnungen analysieren, um festzustellen,
ob die Änderungsgeschwindigkeit,
mit der die Temperatur ansteigt, kleiner als eine vorbestimmte Änderungsgeschwindigkeit
ist.) Wenn in dem Block 208 festgestellt worden ist, dass die
Temperatur nicht für
sechs aufeinanderfolgende Ab tastungen gestiegen ist, kann der Prozess
zu einem Block 212 fortschreiten, wo festgestellt wird, dass
ein Wassereintrag in der Dampfturbine unwahrscheinlich ist und keine
Maßnahme
erforderlich ist. Wenn jedoch in dem Block 208 festgestellt
wird, dass die Temperatur für
sechs aufeinanderfolgende Abtastungen gestiegen ist, kann der Prozess
zu einem Entscheidungsblock 214 fortschreiten. Ferner können die
Daten im Zusammenhang mit den steigenden Temperaturmesswerten und
den in den Blöcken 206 und 208 vorgenommenen
Berechnungen an einen Block 216 weitergeleitet werden (wie
es durch eine gestrichelte Linie in 2 wiedergegeben
ist), so dass die Änderungsgeschwindigkeit
ROC der steigenden Temperaturen bestimmt werden kann, wie es unten
genauer erläutert
wird. Fachleute werden erkennen, dass der Prozess auch mehr oder
weniger als sechs aufeinanderfolgende Abtastwerte der steigenden
Temperaturen erfordern kann. Weiterhin kann mit Erfolg eine Regel
verwendet werden, die nicht aufeinanderfolgende, steigende Temperaturmesswerte
zulässt.
Eine solche Regel kann z.B. verlangen, dass die Temperatur bei sechs
der vorhergehenden sieben Temperaturmesswerte steigend ist. Eine ähnliche
Rate kann in Verbindung mit den Berechnungen verwendet werden, die
in dem Block 210 für
sinkende Temperaturen vorgenommen werden.
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In
einem Entscheidungsblock 214 kann der Prozess feststellen,
ob die vergangenen Temperaturmesswerte ergeben, dass ein Temperaturabfall
stattgefunden hat, dem ein Temperaturanstieg gefolgt ist. Dies kann
z.B. festgestellt werden, indem festgestellt wird, ob den in dem
Block 208 nachgewiesenen sechs aufeinander folgenden, steigenden
Temperaturmesswerten aufeinanderfolgende fallende Temperaturen vorausgegangen
sind. Die Anzahl der erforderlichen aufeinander folgenden fallenden
Temperaturen kann etwa sechs betragen, wobei diese Zahl in unterschiedlichen
Anwendungen variieren kann. Wie durch eine gestrichelte Linie in 2 wiedergegeben kann
der Prozess die Informationen über
fallende Temperaturen von dem Entscheidungsblock 210 an den
Block 214 weiterleiten. Wenn der Entscheidungsblock 214 feststellt,
dass ein Temperaturabfall gefolgt von einem Temperaturanstieg stattgefunden hat,
kann der Prozess zu einem UND-Block 218 fortschreiten.
Wenn der Entscheidungsblock 214 feststellt, dass ein Temperaturabfall
gefolgt von einem Temperaturanstieg nicht stattgefunden hat, kann
der Prozess zu dem Block 212 fortschreiten, wo festgestellt
wird, dass keine Maßnahme
erforderlich ist.
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In
dem Block 216 kann die Änderungsgeschwindigkeit
der aufeinanderfolgenden steigenden Temperaturmesswerte berechnet
werden. Dies kann durch Mittelung der Differenzen zwischen den einzelnen
der sechs aufeinanderfolgenden Temperaturmesswerte berechnet werden.
Die Verwendung von sechs aufeinanderfolgenden Abtastwerten ist nur beispielhaft,
und es kann auch eine größere oder kleinere
Anzahl von aufeinander folgenden (oder in einigen Fällen nicht
aufeinander folgenden) Temperaturmesswerten verwendet werden. In ähnlicher Weise
kann in einem Block 220 die Änderungsgeschwindigkeit für die früheren sechs
aufeinanderfolgenden fallenden Temperaturmesswerte berechnet werden.
Diese kann durch Mittelung der Differenzen zwischen den einzelnen
der aufeinander folgenden (oder, wie erwähnt, in einigen Fällen nicht
aufeinander folgenden) Temperaturmesswerte bestimmt werden. Die Änderungsgeschwindigkeitsbestimmungen von
dem Block 216 und dem Block 220 können danach
an einen Block 224 weitergeleitet werden, wo die Differenz
zwischen der Änderungsgeschwindigkeit
der fallenden Temperaturmesswerte und der Änderungsgeschwindigkeit der
steigenden Temperaturmesswerte bestimmt werden kann. Diese Differenz kann
durch Subtrahieren der Änderungsgeschwindigkeit
der steigenden Temperaturen von der Änderungsgeschwindigkeit der
fallenden Temperaturen berechnet werden.
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In
einem Entscheidungsblock 226 kann der Prozess feststellen,
ob die Änderungsgeschwindigkeit
der fallenden Temperaturmesswerte größer als die Änderungsgeschwindigkeit
der steigenden Temperaturmesswerte ist. Dies kann festgestellt werden, indem
festgestellt wird, ob die in dem Block 224 durchgeführte Berechnung
ein positives oder negatives Ergebnis liefert. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit
der fallenden Temperaturmesswerte größer als die Änderungsgeschwindigkeit
der steigenden Temperaturmesswerte ist, kann der Prozess zu dem UND-Block 218 fortschreiten,
wodurch die Frage mit Ja beantwortet worden ist. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit
der fallenden Temperaturmesswerte nicht größer als die Änderungsgeschwindigkeit
der steigenden Temperaturmesswerte ist, kann der Prozess zu dem
Block 222 fortschreiten, wo festgestellt werden kann, dass
ein Wassereintrag unwahrscheinlich ist und keine Maßnahmeerforderlich
ist.
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In
dem UND-Block 218 kann eine logische UND-Verknüpfung der
Eingangssignale aus den Blöcken 214 und 226 durchgeführt werden.
Wenn sowohl der Block 214 als auch der Block 226 die
Feststellung „Ja" ausgeben, kann der
Prozess folglich zu einem UND-Block 110 fortschreiten,
der zuvor in Verbindung mit 1 beschrieben
worden ist. Wenn jedoch entweder der Block 214 oder der
Block 226 oder beide das Ergebnis „Nein" liefern, schreitet der Prozess nicht über den
Block 218 hinaus fort.
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In
dem UND-Block 110 kann der Prozess eine logische UND-Verknüpfung der
Eingangssignale aus dem Block 108 und dem Block 218 ausführen. Wie
dargelegt ist die obige Beschreibung in Bezug auf 2 eine
genauere Beschreibung der in 1 durch
die Blöcke 114 und 116 dargestellten
Analyse. Dementsprechend stellt die Ausgabe aus dem Block 218 die
Ausgabe des Blockes 116 aus 1 dar. Wenn
die Bedingungen sowohl von dem Block 108 als auch von dem
Block 218 (oder unter Bezug auf 1 von dem
Block 116) erfüllt
sind, kann der Prozess zu einem Block 118 fortschreiten,
wo festgestellt wird, dass ein Wassereintrag in der Dampfturbine wahrscheinlich
it. Nach in der Fachwelt bekannten Verfahren kann das System dann
durch einen Alarm, eine e-Mail etc. Bediener alarmieren, dass Wassereintrag
in der Dampfturbine wahrscheinlich ist und eine Abhilfemaßnahme ergriffen
werden sollte. Wenn jedoch eines der Eingangsignale „Ja" von dem Block 108 oder
dem Block 218 (oder unter Bezug auf 1 von dem
Block 116) oder beide nicht vorhanden sind, wird der Prozess
nicht zu dem Block 118 fortschreiten, und es wird von dem
Prozess kein Wassereintrag angezeigt.
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Der
Datenfluss des Flussdiagramms 200 stellt ein beispielhaftes
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Erkennen eines wahrscheinlichen Wassereintrags in
Abhängigkeit
von Temperaturmessungen an einer einzelnen Stelle in der Dampfturbine
dar. Dieses Verfahren kann unter Verwendung von Temperaturdaten
von verschiedenen Orten in der Dampfturbine, wie z.B. in der Kammer der
ersten Stufe des Hochdruckbereichs, der Auslasskammer des Hochdruckbereichs,
der Kammer der ersten Stufe des Mitteldruckbereichs, der Auslasskammer
des Mitteldruckbereichs oder anderen Orten durchgeführt werden.
Eine Anwendung des Prozesses auf mehrere Temperaturmess stellen in der
Dampfturbine kann dazu führen,
die Zuverlässigkeit
und Genauigkeit der Erkennung des Auftretens von Wassereintrag zu
erhöhen.
Unter bestimmten Bedingungen können
mehrere, die Temperatur erfassende Stellen jedoch zu widersprüchlichen
Ergebnissen führen,
d.h. eine Stelle kann ein positives und eine andere ein negatives
Ergebnis liefern. Dies kann durch das Verwenden von Mengen von Additionsregeln
gelöst
werden, um zu bestimmen, wann der Prozess das Auftreten von Wassereintrag
anzeigt. Der Prozess kann z.B. einen bestimmten Prozentsatz der die
Temperatur erfassenden Stellen Wassereintrag melden lassen, bevor
ein Wassereintrag von dem Prozess für wahrscheinlich gehalten wird.
In einigen Ausführungsbeispielen
kann dieser Prozentsatz auf 50% festgelegt sein, wobei dieser Wert
angepasst werden kann. In bestimmten anderen Anwendungen und in
Abhängigkeit
von den Wünschen
der Bediener des Systems kann auch eine einzige Feststellung eines
Wassereintrags an einer beliebigen der Temperaturmessstellen als
ausreichend angesehen werden, um einen Wassereintrag für wahrscheinlich
und eine Abhilfemaßnahme
für notwendig
zu halten.
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Das
hierin beschriebene Verfahren kann durch in der Fachwelt bekannte
Vorrichtungen und Systeme ausgeführt
werden. Die Temperaturmesswerte können durch Thermoelemente oder
andere ähnliche
Einrichtungen aufgenommen werden. Die Aufzeichnung der Temperaturmesswerte
und die Verarbeitung der Daten kann durch verschiedene, in der Fachwelt
bekannte Softwarepakete durchgeführt werden.
Wie dargelegt werden solche Softwarepakete gewöhnlich zum Steuern und Betreiben
von Dampfturbinensystemen verwendet.
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Ein
Verfahren zum Erkennen von Wassereintrag in einer Dampfturbine kann
diese Schritte enthalten: Messen der Temperatur einer der Dampfleitungen
der Dampfturbine in regelmäßigen Intervallen, Aufzeichnen
der Temperaturmesswerte und Feststellen anhand der aufgezeichneten
Temperaturmesswerte, ob ein starker Rückgang aufgetreten ist, dem ein
allmählicher
Anstieg der Temperatur der Dampfleitung gefolgt ist. Das Verfahren
kann weiterhin die Schritte des Berechnens der Änderungsgeschwindigkeit des
Rückgangs
der Temperatur der Dampfleitung und der Änderungsgeschwindigkeit des
Anstiegs der Temperatur der Dampfleitung enthalten. Der starke Rückgang gefolgt
von einem allmählichen Anstieg
der Temperatur der Dampfleitung kann einen Rückgang der Temperatur enthalten,
dem ein Anstieg der Temperatur folgt, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des
Temperaturrückgangs
die Änderungsgeschwindigkeit
des Temperaturanstiegs übersteigt.
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Dementsprechend
wird das Vorangegangene nur als Darstellung der Prinzipien der Erfindung angesehen.
Die Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind nur im
Wege eines Beispiels beschrieben oder dargestellt worden, und es
ist dementsprechend nicht beabsichtigt, dass sie als notwendige
oder wesentliche Elemente der Erfindung angesehen werden. Es sollte
erkannt werden, dass sich das Vorangegangene nur auf bestimmte beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung bezieht und zahlreiche Änderungen und Hinzufügungen daran
vorgenommen werden können,
ohne von dem Geist und dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie
er durch die beigefügten
Ansprüche
festgelegt ist.