DE19854383A1 - Verfahren und Anlage zur Vermeidung von Kavitation in einer Sattwasser fördernden Pumpe - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Vermeidung von Kavitation in einer Sattwasser fördernden PumpeInfo
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Abstract
Ein Behälter (1) mit Sattwasser (2) ist über eine Saugleitung (4) mit einer Pumpe (5) verbunden. Die Ist-Werte von Druck und/oder Temperatur im Behälter (1) werden durch eine Messeinrichtung (7) erfasst und einem Steuergerät (8) zugeführt, in welchem die Ist-Werte mit festgelegten Werten verglichen werden. In einem Wasserreservoir (9) ist Zumischwasser vorhanden, dessen Temperatur tiefer als die Ist-Temperatur im Behälter (1) ist. Dieses Wasserreservoir (9) steht über eine Zulaufleitung (11) mit der Saugleitung (4) in Verbindung. In der Zulaufleitung (11) ist ein Stellglied (12) angeordnet, das vom Steuergerät (8) angesteuert wird. Wenn die Ist-Werte im Behälter (1) die festgelegten Werte erreichen, so dass die Pumpe (5) kavitieren könnte, wird das Stellglied (12) durch das Steuergerät (8) geöffnet, um Zumischwasser in die Saugleitung (4) einzubringen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Vermeidung
von Kavitation in einer Sattwasser fördernden Pumpe, welche Pumpe über eine
Saugleitung mit einer Sattwasserquelle in Verbindung steht. Sie betrifft weiter ein
thermisches Kraftwerk mit einer solchen Anlage.
Als Kavitation wird eine Dampfblasenbildung und ein Dampfblasenzerfall in einer
strömenden Flüssigkeit bei einer Druck- und/oder Geschwindigkeitsänderung be
zeichnet. Sinkt infolge Reibung, durch Beschleunigung einer strömenden Flüssig
keit usw. der Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit ab, so bilden sich in der
Flüssigkeit Dampfblasen. Bei einem nachfolgenden Druckanstieg, z. B. infolge ei
ner Verzögerung der Flüssigkeit, kommt es zur Kondensation der Dampfblasen.
Dieser Vorgang ist infolge der plötzlichen Volumenänderung mit sehr starken
Druckstössen verbunden, die erhebliche Schäden z. B. in einer diese Flüssigkeit
fördernden Pumpe verursachen können.
In thermischen Kraftwerken wird an verschiedenen Stellen Wasser im Sättigungs
zustand unter Druckerhöhung gefördert und damit besteht die Gefahr von Kavita
tion.
Als Beispiele können die Speisung von regenerativen Vorwärmern aus einem
Speisewasserbehälter/Entgaser bzw. Kondensator oder die Speisung eines Ver
dampfersystems aus einer Verdampfertrommel genannt werden.
Druckschwankungen im Zulaufsystem der Pumpen der obigen Anlagenteile kön
nen nun zu solchen Ausdampfungen und damit Kavitation führen. Solche Druck
schwankungen können beispielsweise durch schnelle Laständerungen beim An-
und Abfahren eines thermischen Kraftwerkes oder durch plötzliche Abgabe gros
ser Dampfmengen aus der Verdampfertrommel eines Dampferzeugers durch Ent
nahme oder Abblasen hervorgerufen werden.
Bisher sind Pumpenschäden infolge Kavitation durch die Regelung des Druckes
im Zulaufsystem, insbesondere eine Begrenzung des Druckabfalls auf der Saug
seite der Pumpen und durch die Überwachung des Förderverhaltens der Pumpe
einschliesslich der Auslösung einer Schutzabschaltung im Falle von unzulässigen
Förderbedingungen verhindert worden.
Bekannte Einrichtungen zur Regelung des Druckes im Zulaufsystem können ins
besondere bei kurzzeitigen Störungen die erforderlichen Bedingungen für den
einwandfreien Betrieb der Pumpe nicht immer sicherstellen, was zu einer Schutz
abschaltung führen kann. Eine Schutzabschaltung von Pumpen in einer Anlage ist
jedoch unerwünscht.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anlage zur Vermeidung von Kavi
tation in einer Sattwasser fördernden Pumpe zu schaffen, die bei unzulässigen
Druckänderungen im Zulaufsystem der Pumpe, z. B. durch ein verzögertes, fehler
haftes oder unzureichendes Ansprechen der Regelung des Druckes im Zulauf
system, einen weitergehenden Betrieb derselben sicherstellt. Ein weiteres Ziel ist
es, ein thermisches Kraftwerk mit einer solchen Anlage zu schaffen.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem die Ist-Werte von Druck und/oder
Temperatur des Sattwassers in mindestens der Sattwasserquelle erfasst und mit
festgelegten Werten von Druck und/oder Temperatur, die eine Kavitation begün
stigen, verglichen werden, und in dem Falle, dass die lst-Werte die festgelegten
Werte erreichen, der Pumpe saugseitig Zumischwasser zugeführt wird, dessen
Temperatur tiefer als der festgelegte Temperaturwert ist.
Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch eine Zumisch
wasserquelle aus, die über eine Zulaufleitung mit einem Stellglied mit der Saug
leitung in Verbindung steht. Als Stellglied können ein Ventil, eine Klappe, ein
Schieber und dergleichen als konkrete Bauform zum Einsatz kommen.
Ein thermisches Kraftwerk mit einer solchen Anlage zeichnet sich dadurch aus,
dass die Zumischwasserquelle ein Wasserreservoir ist, das ein in Durchlaufrich
tung des Wasser- bzw. Dampfkreislaufes der Sattwasserquelle vorgelagerter oder
ein innerhalb der Hilfsanlagen des Kraftwerkes angeordneter Wasser enthaltender
Behälter oder ein Wasser enthaltendes System ist.
Die Zufuhr des Zumischwassers kann beispielsweise durch ein Pumpen erfolgen,
durch ein Ansaugen des Zumischwassers aufgrund einer zwischen der Zumisch
wasserquelle und der Zumischstelle vor der Pumpe vorhandenen Druckdifferenz,
aufgrund einer Höhendifferenz zwischen der in einer Anlage angeordneten Zu
mischwasserquelle und der Zumischstelle vor der Pumpe, oder durch eine Kom
bination dieser Möglichkeiten.
Bei einem thermischen Kraftwerk mit einer solchen Anlage kann die Zumischwas
serquelle in Durchlaufrichtung des Wasser-/Dampfkreislaufes vor der Sattwasser
quelle liegen oder ein innerhalb der Hilfsanlagen des Kraftwerkes angeordnetes
Wasserreservoir niedriger Temperatur sein, beispielsweise ein Wasser enthalten
der Tank, ein Wassersystem, ein Wasserbehälter, eine Wasserleitung, usw.
Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Ausführung der erfindungsgemässen Anlage;
und Fig. 2 zeigt rein schematisch ein thermisches Kraftwerk mit einer Anlage
nach Fig. 1, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Ein
heiten gezeichnet sind.
In einem als Sattwasserquelle 1 ausgebildeten Behälter befindet sich Sattwasser
2 und über dem Sattwasser 2 unter Druck stehender Dampf 3. Das Sattwasser 2
wird über eine Saugleitung 4 und durch eine als Sattwasserpumpe ausgebildete
Pumpe 5 aus dem Behälter 1 gefördert und irgendwelchem Verbraucher zuge
führt.
Im Behälter 1 ist nun eine Druck und/oder Temperatur erfassende Messeinrich
tung 7 angeordnet, deren Ausgang einem Steuergerät 8 zugeführt ist. In diesem
Steuergerät 8 sind die zulässigen Werte für Druck und/oder Temperatur im Be
hälter 1 gespeichert, bzw. werden anhand der aktuellen Anlagedaten berechnet.
Im Betrieb werden nun diese gespeicherten bzw. berechneten Werte, also fest
gelegte Werte, mit den Ist-Werten von Druck und/oder Temperatur im Behälter 1
verglichen.
Die Bezugsziffer 9 bezeichnet ein als Zumischwasserquelle dienendes Wasser
reservoir, wobei die Temperatur des Zumischwassers niedriger als die Temperatur
des Sattwassers 2 im Behälter 1 ist.
Dieses Wasserreservoir 9 ist über eine Zulaufleitung 11 mit der Saugleitung 4 an
einer Stelle vor der Sattwasserpumpe 5 verbunden. Als Förderorgan des Zumisch
wassers vom Wasserreservoir 9 in die Saugleitung 4 ist eine Pumpe 10 einge
zeichnet. Diese Pumpe 10 ist jedoch lediglich als Beispiel zu betrachten. Die För
derung des Zumischwassers kann auch durch eine Saugwirkung, eine zwischen
dem Wasserreservoir 9 und der Saugleitung 4 vorhandene Druckdifferenz, auch
aufgrund einer anlagebedingten Höhendifferenz zwischen dem Wasserreservoir 9
und der Saugleitung 4 und dergleichen erfolgen.
In der Zulaufleitung 11 ist ein Stellglied 12 angeordnet. Dieses Stellglied 12 wird
gemäss einer bevorzugten Ausführung vom Steuergerät 8 folgendermassen ge
steuert:
- - In einer Vergleichseinheit 23 des Steuergerätes 8 werden die erfassten Ist- Werte von Druck und/oder Temperatur im Behälter 1 mit den festgelegten Werten verglichen.
- - Wenn die genannten lst-Werte im Sattwasserbehälter 1 die festgelegten Werte erreichen, kann die Zumischung des Zumischwassers zunächst durch eine ein fache Auf-/Zu-Steuerung des Stellgliedes 12 erfolgen.
- - Des weiteren kann im Steuergerät 8 die zur Erlangung der Soll-Werte notwen dige Menge des Zumischwassers (dessen Temperatur ebenfalls im Steuerge rät 8 gespeichert ist oder gemessen wird) berechnet und durch ein gesteuertes Öffnen des Stellgliedes 12 (Anfahren einer konkreten Position des Stellgliedes) die notwendige Zumischwassermenge dem durch die Saugleitung 4 strömen den Sattwasser 2 zudosiert werden.
- - Damit wird die Temperatur des durch die Sattwasserpumpe 5 geförderten Satt wassers 2 auf Werten gehalten, die Kavitation mit Sicherheit vermeiden.
- - Haben sich im Behälter 1 wieder Bedingungen eingestellt, welche mit Sicher heit nicht zum Kavitieren der Sattwasserpumpe 5 führen, so wird das Stellglied 12 über das Steuergerät 8 wieder geschlossen.
Die Fig. 1 zeigt weiter eine Überwachungsvorrichtung 6. Diese Überwachungs
vorrichtung 6 ermittelt und überwacht die Betriebszustände vor und/oder nach der
Sattwasserpumpe 5, indem Druck und/oder Temperatur stromauf und/oder strom
ab der Sattwasserpumpe 5 mittels entsprechender Messeinrichtungen 24, 25 er
mittelt werden.
Diese ermittelten Werte werden zusätzlich dem Steuergerät 8 zugeführt und in der
Vergleichseinheit 23 mit entsprechenden Soll-Werten verglichen. Das Stellglied 12
wird in diesem Fall als Regelorgan ausgeführt, indem durch eine Prüfung und ein
Vergleichen der Bedingungen an der Sattwasserpumpe 5 mit den Soll-Werten ei
ne Korrektur an der Position des Stellgliedes 12 erfolgt, d. h. der Mengenfluss vom
Wasserreservoir 9 zur Saugleitung 4 wird geregelt, d. h. abhängig von den durch
die Messeinrichtung 24 und/oder die Messeinrichtung 25 ermittelten Werten ge
ändert.
Falls die maximal mögliche Menge des Zumischwassers zur Verhinderung einer
Kavitation nicht ausreicht, wird die Sattwasserpumpe 5 durch die Überwachungs
vorrichtung 6 abgeschaltet.
Die Fig. 2 zeigt schematisch und stark vereinfacht ein thermisches Kraftwerk,
das (mindestens) eine wie oben beschriebene Anlage aufweist. Dabei werden so
weit wie möglich dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet.
Das thermische Kraftwerk weist einen durch Heizgas 26 (z. B. Rauchgas oder Ab
gas einer Gasturbine) beheizten Dampferzeuger 13 auf, wobei der Dampf über ei
ne Frischdampfleitung 14 einer Dampfturbine 15 zuströmt, die mit einem Gene
rator 16 verbunden ist. Der Abdampf der Dampfturbine 15 strömt in einen Kon
densator 22, der einen Hotwell 9 aufweist, welcher der Zumischwasserquelle
(Wasserreservoir) der Fig. 1 entspricht. Der Hotwell 9 ist von einer Speisewas
serpumpe 10 gefolgt, wieder entsprechend der in der Fig. 1 gezeigten Ausfüh
rung. Von der Speisewasserpumpe 10 führt eine Speisewasserleitung 17 zum
Dampferzeuger 13 zurück, z. B. zu dessen Economiser 27.
Der Dampferzeuger 13 weist als Beispiel eines Sattwasser 2 enthaltenden Behäl
ters eine Dampftrommel 1 auf. Vom Economiser 27 führt eine Zuströmleitung 19
zur Dampftrommel 1. Von der Dampftrommel 1 führt eine Ausströmleitung 20 zum
Niederdruckverdampfer 28 und vom ND-Verdampfer 28 führt in bekannter Weise
eine Zuströmleitung 18 zur Dampftrommel 1 zurück. Weiter verläuft eine Nieder
druckdampfleitung 29 von der Dampftrommel 1 zu einem Überhitzer 30 und vom
Überhitzer 30 verläuft eine Niederdruckdampfleitung 21 zur Dampfturbine 15.
Von der Sattwasserpumpe 5 führt eine Speisewasserleitung 31 in das lediglich
gestrichelt angedeutete Hochdrucksystem des Dampferzeugers 13 und schliess
lich bezeichnet die Bezugsziffer 14 die vom Hochdrucksystem kommende HD-
Frischdampfleitung.
Der Dampftrommel 1 ist das Steuergerät 8 zugeordnet, welches das Stellglied 12
steuert, das in der Zulaufleitung 11 (siehe auch Fig. 1) angeordnet ist, welche bei
dieser gezeigten Ausführung von der Speisewasserleitung 17 kommend in die
Saugleitung 4 mündet, um im Bedarfsfall der Saugleitung 4 zur Verhinderung ei
nes Kavitierens der Sattwasserpumpe 5 kälteres Zumischwasser zuzuführen.
Zu bemerken ist, dass der beschriebene Dampferzeuger irgendwelcher bekannter
Bauart sein kann, also nicht auf das beschriebene Heizflächenkonzept beschränkt
ist.
1
Sattwasserquelle, Behälter (Dampftrommel)
2
Sattwasser
3
Dampf
4
Saugleitung
5
Pumpe, Sattwasserpumpe
6
Überwachungsvorrichtung
7
Messeinrichtung
8
Steuergerät
9
Zumischwasserquelle, Wasserreservoir (Hotwell)
10
Pumpe, Speisewasserpumpe
11
Zulaufleitung
12
Stellglied
13
Dampferzeuger
14
HD-Frischdampfleitung
15
Dampfturbine
16
Generator
17
Speisewasserleitung (zum Niederdruckeconomiser)
18
Zuströmleitung (vom Niederdruckverdampfer)
19
Zuströmleitung (vom Niederdruckeconomiser)
20
Ausströmleitung (zum Niederdruckverdampfer)
21
ND-Dampfleitung zur ND-Dampfturbine
22
Kondensator
23
Vergleichseinheit
24
Messeinrichtung
25
Messeinrichtung
26
Heizgas
27
Economiser
28
ND-Verdampfer
29
ND-Dampfleitung
30
Überhitzer
31
Speisewasserleitung (zum nicht gezeichneten Hochdrucksystem)
Claims (11)
1. Verfahren zur Vermeidung von Kavitation in einer Pumpe, die saugseitig
mit einer Sattwasserquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
dass lst-Werte von Druck und/oder Temperatur des Sattwassers in minde
stens der Sattwasserquelle erfasst und mit festgelegten Werten von Druck
und/oder Temperatur, die eine Kavitation in der Pumpe begünstigen, vergli
chen werden, und dass in dem Falle, dass die Ist-Werte die festgelegten
Werte erreichen, der Pumpe saugseitig Zumischwasser zugeführt wird,
dessen Temperatur tiefer als der festgelegte Temperaturwert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer als
unzulässig ermittelten Veränderung der Ist-Werte ein festgelegter, unver
änderlicher Mengenstrom des Zumischwassers so lange zuführt wird, bis
die Ist-Werte wieder in einem keine Kavitation begünstigenden Bereich lie
gen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer als
unzulässig ermittelten Veränderung der Ist-Werte ein vom Grad der Abwei
chung abhängiger Mengenstrom des Zumischwassers so lange zugeführt
wird, bis die lst-Werte wieder in einem keine Kavitation begünstigenden Be
reich liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer als
unzulässig ermittelten Veränderung der Ist-Werte ein mengenmässig gere
gelter Mengenstrom des Zumischwassers so lange zugeführt wird, bis die
Ist-Werte wieder in einem keine Kavitation begünstigenden Bereich liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass
weitere lst-Werte von Druck und/oder Temperatur vor und/oder nach der
Pumpe erfasst und mit weiteren festgelegten Werten von Druck und/oder
Temperatur vor und/oder nach der Pumpe, die eine Kavitation in der Pum
pe begünstigen verglichen werden, und dass in dem Falle, dass die weite
ren Ist-Werte die weiteren festgelegten Werte erreichen, ein Zuführen des
Zumischwassers mit einer tieferen Temperatur erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass weitere Ist-Werte von Druck und/oder Temperatur vor
und/oder nach der Pumpe erfasst und mit weiteren festgelegten Werten für
Druck und/oder Temperatur vor und/oder nach der Pumpe, die eine Kavita
tion begünstigen verglichen werden, und dass bei einem Überschreiten der
weiteren festgelegten Werte trotz maximal möglich zuführbarem Mengen
strom an Zumischwasser die Pumpe abgestellt wird.
7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden
Ansprüche, mit einer Pumpe (5), die über eine Saugleitung (4) mit der Satt
wasserquelle (1) in Verbindung steht, gekennzeichnet durch eine Zumisch
wasserquelle (9), die über eine Zulaufleitung (11) mit einem Stellglied (12)
mit der Saugleitung (4) in Verbindung steht.
8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (8), das
Messeinrichtungen (7) zum Erfassen der Ist-Werte des Druckes und/oder
der Temperatur des Wassers in der Sattwasserquelle (1) und eine Ver
gleichseinheit (23) zum Vergleichen von festgelegten Druck- und/oder
Temperaturwerten mit den lst-Werten aufweist, um in dem Fall, dass die
lst-Werte die festgelegten Werte erreichen, das Stellglied (12) von seiner
Schliessposition in eine Offenposition zu steuern, um ein Strömen des Zu
mischwassers mit der tieferen Temperatur in einem unveränderlichen Men
genstrom in die Saugleitung (4) zu ermöglichen, und um das Stellglied (12)
nach einer erfolgten Änderung der Werte von Druck und/oder Temperatur
des Wassers in der Sattwasserquelle (1) zu keine Kavitation begünstigen
den Werten wieder zu schliessen.
9. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (8), das
Messeinrichtungen (7) zum Erfassen der Ist-Werte des Druckes und/oder
der Temperatur des Wassers in der Sattwasserquelle (1) und eine Ver
gleichseinheit (23) zum Vergleichen von festgelegten Druck und/oder Tem
peraturwerten mit den lst-Werten aufweist, um in dem Falle, dass die Ist-
Werte die festgelegten Werte erreichen, das Stellglied (12) in seiner Positi
on so zu verändern, gemäss welcher ein im Steuergerät (8) in Abhängigkeit
der Ist-Werte ermittelter Mengenstrom des Zumischwassers mit der tieferen
Temperatur der Saugleitung (4) zugeführt wird.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet durch eine Über
wachungsvorrichtung (6), die Messeinrichtungen (24, 25) zum Erfassen von
weiteren lst-Werten von Druck und/oder Temperatur vor und/oder nach der
Pumpe (5) aufweist, welche Überwachungseinrichtung (6) mit dem Steuer
gerät (8) in Verbindung steht, um abhängig von den erfassten weiteren Ist-
Werten das Stellglied (12) von seiner Schliessstellung in eine Offenstellung
zu steuern oder eine Regelung der Stellung des Stellgliedes (12) zum
Durchlassen eines von den erfassten weiteren Ist-Werten abhängigen Men
genstromes an Zumischwasser zu bewirken, und welche Überwachungs
einrichtung (6) weiter dazu dient, bei einer ungenügenden Menge zugeführ
ten Zumischwassers die Pumpe (5) abzuschalten.
11. Thermisches Kraftwerk mit einer Anlage nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Zumischwasserquelle (9) ein Wasserreservoir ist,
das ein in Durchlaufrichtung des Wasser-/Dampfkreislaufes der Sattwas
serquelle (1) vorgelagerter oder ein innerhalb der Hilfsanlagen des Kraft
werkes angeordneter, Wasser enthaltenden Behälter oder ein Wasser ent
haltendes System ist.
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