DE1626266B1

DE1626266B1 - Protective device for steam turbines

Info

Publication number: DE1626266B1
Application number: DE19591626266
Authority: DE
Inventors: Johann Dr-Ing Wierer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-06-11
Filing date: 1959-06-11
Publication date: 1969-09-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für Dampfturbinen gegen Wärmeschockspannungen durch Überschreiten vorgegebener Temperaturdifferenzgrenzwerte zwischen zwei für den Aufbau der Spannungen charakteristischen Meßpunkten unter Verwendung von elektrischen. Temperaiurmeßfühlern zur Herleitung temperaturproportionaler Spannungen, die bei Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte eine Verkleinerung der Temperaturdifferenz bewirkende Steuervorgänge auslösen.The invention relates to a protection device for steam turbines against Thermal shock voltages caused by exceeding specified temperature difference limit values between two measuring points characteristic of the build-up of the stresses below Use of electrical. Temperature sensors for deriving temperature-proportional Tensions that decrease when the specified limit values are exceeded trigger the control processes causing the temperature difference.

Zur Messung von Temperaturen und Temperaturdifferenzen im Gehäuse, hochwertiger Dampfturbinen; bei denen ein Überschreiten zulässiger Spannungen zu Schäden in Form -von Ermüdungserscheinungen oder sogar Rissen führen können, ist es bekannt, mit Thermoelementen'versehene Sonden zu verwenden, die an unterschiedlichen Stellen des Gehäuses die jeweils herrschende Temperatur ermitteln und an einem Zeiger- oder Schreibgerät zur Anzeige bringen, wobei an die Stelle des Anzeigeinstruments auch ein Steuergerät treten kann, offensichtlich mit dem Zweck, bei Überschreiten zugelassener Höchstwerte der Temperaturdifferenz eine Verkleinerung derselben auslösende Steuervorgänge auszulösen.For measuring temperatures and temperature differences in the housing, high quality steam turbines; where permissible voltages are exceeded Damage in the form of signs of fatigue or even cracks can result it is known to use probes provided with thermocouples, which are connected to different Determine the prevailing temperature at a point on the housing and display it on a pointer or writing instrument to display, taking the place of the indicating instrument a control unit can also kick in, obviously with the purpose of being exceeded permissible maximum values of the temperature difference trigger a reduction of the same Trigger control processes.

Ferner ist eine Lastäegelungseinrichtung bekanntgeworden, die ebenfalls Schäden durch Wärmespannungen an Turbinen vermeiden soll. Diese Regelung arbeitet jedoch in Abhängigkeit von der jeweils abgegebenen Generatorleistung und soll bewirken, daß sich Laständerungen und Laständerungsgeschwindigkeit jeweils nur gemäß einem schmalen Lastregelband bewegen, bei dessen Über- oder Unterschreiten eine Beeinflussung der Dampfzufuhr durch entsprechenden Eingriff in den Turbinenregler stattfindet. Dabei erfolgt die Abtastung der Regelbreite und Einstellung eines neuen, verschobenen Regelbandes über eine elektrische Brückenschaltung, in deren Querzweig über einen Stellmotor die jeweilige Aasregelung erfolgt. Die Nachführgeschwindigkeit und die Bandbreite sind dabei auf Grund von Erfahrungen gewählt. Da bei dieser Einrichtung außerdem keine Temperaturmessung -st4ttfindet, maß die Regelbandbreite und die Bandnachführgeschwindigkeit so klein gehalten werden; daß selbst im ungünstigsten Betriebsfall die kritischen Temperaturverhältnisse mit Sicherheit nicht erreicht werden.Furthermore, a load balancing device has become known that also The aim is to avoid damage to turbines caused by thermal stresses. This scheme works however, depending on the generator power output and should have the effect that load changes and load change speed are each only according to one move narrow load control band, if it is exceeded or undershot, an influence the steam supply takes place by appropriate intervention in the turbine regulator. The control width is scanned and a new, shifted one is set Control band via an electrical bridge circuit, in the shunt branch via a Servomotor the respective carrion control takes place. The tracking speed and the Bandwidths are chosen on the basis of experience. As with this facility In addition, no temperature measurement found, measured the control bandwidth and the tape tracking speed to be kept so small; that even in the most unfavorable operating case the critical Temperature conditions can not be reached with certainty.

Demgegenüber geht die Schutzeinrichtung nach der Erfindung nicht von der Last und deren Änderung aus, von der nur mittelbar auf das Wärmeverhalten geschlossen werden kann; sondern unmittelbar von der Temperatur, die die direkte Ursache der gefährlichen Wärmespannungen ist und die sich an den in Betracht kommenden .Stellen -in bekannter Weise durch elektrische Temperaturfühler messen läßt, die als Meßgröße proportionale Spannungen liefern: Die Erfindung besteht dabei darin, daß die beiden temperaturabhängigen. Spannungen über je einen Widerstand einander entgegengeschaltef sind und daß zur Auslösung des vom Temperaturdifferenzgrenzwert abhängigen - -Steuervorganges im Widerstandskreis ein erstes :Relais angeordnet ist und daß ferner zur Auslösung eines weiteren vom Grenzwert der Temperaturäuderungsgesehwindigkeit abhängigen Steuervorganges die an den . Widerständen auftretende, der Temperatudifferenz proportionale Spannungsdifferenz einerseits über- einen Stellmotor mit vorgegebener Laufgeschwindigkeit sowie über einen von diesem bewegten Schleifkontakt und andererseits über einen etwa mittigen Anschlußpunkt einem an konstanter Spannung liegenden Potentiometer zugeführt und die am Motor liegende Spannung durch ein dazu parallelgeschaltetes zweites Relais-. überwacht wird, das bei Überschreiten eines eingestellten Spannungshöchstbetrages anspricht.In contrast, the protective device according to the invention does not the load and its change, from which only indirectly inferred the thermal behavior can be; but directly from the temperature, which is the direct cause of the dangerous thermal stresses and which are located at the relevant points - Can be measured in a known manner by electrical temperature sensors as the measured variable supply proportional voltages: The invention consists in that the two temperature-dependent. Voltages opposing each other via a resistor each and that for triggering the - control process which is dependent on the temperature difference limit value in the resistance circuit a first: relay is arranged and that also for triggering another control process dependent on the limit value of the temperature change rate the Andes . Resistances occurring voltage difference proportional to the temperature difference on the one hand via a servomotor with a specified running speed and via a sliding contact moved by this and, on the other hand, via an approximately central one Connection point fed to a potentiometer at constant voltage and the voltage on the motor through a second relay connected in parallel. is monitored, which is when a set maximum voltage is exceeded appeals to.

Dabei können die von den beiden Relais ausgelösten Steuervorgänge jeweils das Schnellschlußventil der Turbine betätigen.The control processes triggered by the two relays operate the quick-acting shut-off valve of the turbine in each case.

Für diese Schutzeinrichtung ist es dabei unwesentlich, welche Belastung der Turbine vorliegt. Die Turbine .-kann vielmehr bis an die Grenzen der tatsächlichen `Teniperäturdifferenzen bzw. Änderungsgeschwindigkeit gefahren werden, so daß damit ein größerer Arbeitsbereich als bei der lastabhängigen Regeleinrichtung ermöglicht wird.For this protective device, it is immaterial which load the turbine is present. The turbine .-- can rather be pushed to the limits of the actual `Teniperäturdifferenzen or rate of change are driven, so that with it allows a larger working range than with the load-dependent control device will.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung näher erläutert: Über die Temperaturfühler TFl und TF2 wird die Temperatur an kritischen Stellen der Turbine ermittelt und direkt oder mit Hilfe von Meßwertumformern ZG beispielsweise#-in"=tine..=Spannung umgesetzt, die dann den Verstärkern Y zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers führt über ein Relais Dl zu zwei in Reihe liegenden Widerständen B1 und R2, an denen sich je ein Spannungsabfall-einstellt, der der Temperatur an der zugehörigen Meßstelle proportional ist. Durch Gegeneinanderschaltung dieser Spannungen ergibt sich eine der Temperaturdifferenz proportionale Spannungsdifferenz:'- Diese Differenzspannung wird einerseits .über -einen Stellmotor -M mit vorgegebener Laufgeschwindigkeit sowie über- einen von diesem bewegten Schleifkontakt Sch und andererseits über einen etwa mittigen Anschlußpunkt einem an konstanter Spannung liegenden Potentiometer R zugeführt. An dem Motor M liegt also eine Spannung, die von dem Verhältnis der. Spannungsabfälle an den Widerständen R1, R2 und R abhängig ist. Die am Potentiometer A.liegende-konstante und stabilisierte Spannung wird in dem vom Schleifer Sch jeweils abgegriffenen Teil mit dem Spannungsabfall an den Widerständen R1 und R2 in Vergleich gesetzt.Using a schematic drawing, the structure and mode of operation of an embodiment according to the invention are explained in more detail: The temperature at critical points of the turbine is determined via the temperature sensors TFl and TF2 and, either directly or with the aid of transducers ZG, for example # -in "= tine .. = Voltage is converted, which is then fed to the amplifiers Y. The output of the amplifier leads via a relay D1 to two series resistors B1 and R2, at each of which a voltage drop occurs which is proportional to the temperature at the associated measuring point Switching these voltages against each other results in a voltage difference proportional to the temperature difference: '- This difference voltage is generated on the one hand via a servomotor -M with a specified running speed and via a sliding contact Sch moved by it and, on the other hand, via an approximately central connection point to a constant voltage potentiometer R supplied. A n the motor M is a voltage that depends on the ratio of. Voltage drops across resistors R1, R2 and R is dependent. The constant and stabilized voltage at the potentiometer A. is compared in the part tapped by the slider Sch with the voltage drop at the resistors R1 and R2.

Wenn die zwischen den beiden Meßstellen auftretende Temperaturdifferenz. einen vorgegebenen Wert überschreitet, so wird zunächst das Relais Dl ansprechen, wodurch beispielsweise das Schnellschlußventil der Turbine direkt ausgelöst werden kann.When the temperature difference between the two measuring points. exceeds a specified value, the relay Dl will respond first, whereby, for example, the quick-closing valve of the turbine can be triggered directly can.

Bei Änderung der Temperaturwerte ändert sich 'aber auch das Verhältnis- zwischen den an den Widerständen R, R, und R2 abgegriffenen Spannungen, so daß durch den Motor M eine entsprechende gegenläufige Bewegung des Schleifers herbeigeführt wird, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Hierbei ist durch die vorgegebene Laufgeschwindigkeit des Motors die maximal -erlaubte Änderungsgeschwindigkeit der Temperaturdifferenz vorgegeben. Wenn jedoch die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur größer als die durch die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit des Motors bestimmte Geschwindigkeit ist, so -kommt die Aasregelung der an dem. Potentiometer R abgegriffenen Spannung den Änderungen der Spannungen an den Widerständen R1 und R2 nicht mehr nach. Es tritt infolgedessen. ein verhältnismäßig hoher Spannungsunterschied auf, -der bei bestimmten Grenzwerten das Relais 1r)2 zum Ansprechen bringt. Dadurch können ebenfalls'- Steuervorgänge ausgelöst werden, die eine Verkleinerung der Temperaturdifferenz bewirken, bzw. das Schnellschlußvcntil kann ausgelöst werden.When the temperature values change, the ratio also changes between the voltages tapped at the resistors R, R, and R2, so that through the motor M brought about a corresponding counter-rotating movement of the grinder until equilibrium is restored. Here is given by the Running speed of the motor the maximum permissible rate of change of the Temperature difference specified. However, if the rate of change of temperature greater than that determined by the specified maximum speed of the motor Speed is what the carrion control comes from. Potentiometer R tapped Voltage no longer corresponds to the changes in the voltages at resistors R1 and R2 after. It occurs as a result. a relatively high voltage difference, -which causes relay 1r) 2 to respond at certain limit values. This allows also'- control processes are triggered that reduce the temperature difference cause, or the quick release valve can be triggered.

Mit der beschriebenen Schutzeinrichtung ist also ein sicherer Betrieb der Turbine bis an die zulässigen Temperaturgrenzen möglich. Die beschriebene Schutzeinrichtung arbeitet durch Vergleich der sich aus der Temperaturdifferenz ergebenden Spannungsdifferenz mit einer stabilisierten konstanten Spannung erheblich genauer und schneller als das bei einer Kompensationsbrückenschaltung möglich wäre.With the protective device described, operation is therefore safe the turbine up to the permissible temperature limits. The protective device described works by comparing the voltage difference resulting from the temperature difference with a stabilized constant voltage significantly more accurate and faster than that would be possible with a compensation bridge circuit.

Claims

Claims: 1. Protection device for steam turbines against thermal shock voltages by exceeding predetermined temperature difference limit values between two measuring points characteristic for the build-up of the voltages using electrical temperature sensors to derive temperature-proportional voltages which, when the predetermined limit values are exceeded, trigger a reduction in the temperature difference causing control processes, thereby nz the two temperature-dependent voltages are connected in opposition to one another via a resistor (R1, RJ each) and that a first relay (Dl) is arranged in the resistance circuit to trigger the control process dependent on the temperature difference limit value and that furthermore, to initiate a further control process dependent on the limit value of the rate of temperature change, the control process at the Resistances (R1, R2) occurring, the temperature difference proportional voltage difference on the one hand via a servomotor (M ) at a specified running speed and via a sliding contact (Sch) moved by it and, on the other hand, via an approximately central connection point to a constant voltage potentiometer (R) and the voltage on the motor (M) is monitored by a second relay (D2) connected in parallel to it that responds when a set maximum voltage is exceeded.

2. Protective device according to claim 1, characterized in that the two relays (Dl, D2) '' actuate the quick-acting shut-off valve of the turbine for each triggered control process.