DE2254250A1

DE2254250A1 - Einrichtung zur ueberwachung und begrenzung der drehzahl von turbinen

Info

Publication number: DE2254250A1
Application number: DE2254250A
Authority: DE
Inventors: Hans Jochen Kowalski; Peter Schoenfeld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1974-05-16
Also published as: ZA738458B; AR202464A1; BE806809A; DE2254250B2; AT365300B; CA1008156A; US3859007A; FR2205929A5; DE2254250C3; GB1439395A; JPS549242B2; BR7308610D0; ATA928973A; IT999102B; JPS4980404A; SE389372B; CH564148A5

Description

Einrichtung zur Überwachung und Begrenzung der Drehzahl
von Turbinen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung und Begrenzung der Drehzahl von Turbinen.
Derartige Einrichtungen sind beispielsweise zum Schutz von Dampfturbinen erforderlich.

Üblich war es bisher zu diesem Zweck, einejhydraulischmechanische Schnellschlußeinrichtung vorzusehen, welche im wesentlichen aus einem mit einem Fliehkraftbölzen gekoppelten, federbelasteten Schieber bestand, wobei ab einer bestimmten, oberhalb der Nenndrehzahl liegenden Drehzahl
die Kraft der Feder überwunden wird und der Schieber sodann die Dampfzufuhr zur Turbine schlagartig sperrt. Bei dieser Ausführung war weder die erreichbare Einstellgenaüigkeit des zum Auslösen des Schnellschlusses bestimmten Drehzahlgrenzwertes noch die Funktionsüberprüfbarkeit befriedigend.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Überdrehzahlschutz einrichtung für Turbinen zu schaffen, bei der
die Drehzahlgrenzwerte in einem großen Bereich exakt einstellbar und zu jedem Zeitpunkt leicht überprüfbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß mehrere, aus elektronischen Bauelementen bestehende Überwachungskanäle vorgesehen sind und jedem Kanal ein von einer mit der Turbinenwelle gekuppelten Impulsscheibe aktivierbarer Impulsgeber zugeordnet ist,
dessen Ausgangsgröße einen Grenzwertmelder und zwei Frequenz-

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Vergleichsglieder beaufschlagt und daß von den Ausgangssignalen der Grenzwertmelder und der Prequenzvergleichsglieder über eine jeweils einem Kanal zugeordnete Überwachungsschaltung Stellglieder für den Schnellschluß betätigbar sind. Die digitale Drehzahlerfassung ermöglicht einerseits eine große Genauigkeit, und die merkanalige Überwachung gestattet, daß die einzelnen Überwachungskanäle jederzeit für sich überprüfbar sind, wobei durch den relativen Frequenzvergleich zwischen den einzelnen Kanälen eine genaue Fehlerortung bis zum Anfang der 'Überwachungskette gegeben ist.

Aufwand und Sicherheit der Überwachung steigen naturgemäß mit der Anzahl der Überwachungskanäle. Eine optimal wirtschaftliche Lösung ergibt sich bei einer sogenannten 2- von 3-Auswahl, indem nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung drei Überwachungskanäle vorgesehen sind und das Ansprechen von mindestens zwei Überwachungsschaltungen zur Schnellschlußbetätigung erforderlich ist.

Vorteilhaft erweist sich auch die Anwendung des Ruhestromsprinzips, indem nach einer Weiterbildung der Erfindung die Schnellschlußbetätigung durch Entregung der Spulen von elektrohydraulischen Stellgliedern erfolgt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Funktionsprüfung der Überwachungskanäle je ein Prüffrequenzgeber vorgesehen, dessen Ausgang wahlweise auf die Eingänge der einzelnen Grenzwertmelder und Prequenzvergleichsglieder schaltbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, welche im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden soll, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet,

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- ⁵ Pig. 1 zeigt eine mit einem auf ein Netz Ή einspeisenden Generator 1 gekuppelte Dampfturbine 2. In der Dampfzuleitung ist das zur Leistungseinstellung benutzte Stellventil 3 sowie das Schnellschlußventil 4 angeordnet, welchem die Aufgabe zukommt, bei einer Drehzahlüberhöhung der Turbine über einen maximal zulässigen Wert die Dampfzufuhr zur 'Turbine schlagartig zu sperren, das Stellventil noch nicht geschlossen ist und der Radraumdruck seinen Grenzwert nicht unterschritten hat. Die Auslösung des SchnellSchlußventils 4. erfolgt dadurch, daß mit später noch näher zu erläuternden Mäßnahmen der Druck des Öls HO in der Zuleitung 5 abgebaut wird.

Mit der Welle der Dampfturbine 2 ist eine Impulsscheibe 6 mechanisch gekuppelt, welche an ihrem Umfang im regelmäßigen Abstand eingelassene Dauermagnete aufweist. In Umfangsnähe der Impulsscheibe 6 sind ortsfest drei Impulsgeber 11 - 13 angeordnet, welche beispielsweise aus Hallgeneratoren bestehen und beim Drehen der Impulsscheibe 6 drei gleichfrequente Impulsfolgen f ^, f ₂ und f ~ liefern. Die Impulsgeber 11, 12 und 13 bilden den Anfang dreier mit I, II und ■ III bezeichneter, völlig gleichartig aufgebauter Überwachungskanäle. Jeder dieser Überwachungskanäle ist mit einer eigenen, nicht weiter dargestellten Stromversorgung versehen und enthält einen vorzugsweise elektronischen Umschalter US, über den die Eingänge eines Grenzwertmelders G und zweier Freu*· quenzvergleichsgliedern Έ entweder mit dem Ausgang des diesem Kanal zzgeordneten Impulsgebers oder mit dem Ausgang eines diesem Kanal zugeordneten Prüffrequenzgebers 7 verbindbar sind. Die Innejischaltung des elektronischen Umschalters sei am Beispiel des dem Kanal I zugeordneten Umschalters näher erläutert. Br besteht aus zwei Undgattern, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Odergatters verbunden sind. In der dargestellten Stellung der Taste T1 wäre das dem

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Impulsgeber 11 zugeordnete Undgatter durchlässig. Wird dagegen die Taste TI gedrückt, so entsteht am Betätigungseingang des Umschalters US ein digitales L-3ignal PI, welchen. das zuvor leitend gewesene Undgatter sperrt und das dem Prüffrequenzgenerator 7 zugeordnete Undgatter öffnet, so daß nunmehr anstelle der der Turbinendrehzahl entsprechenden Impulsfrequenz f . die Prüffrequenz fp verarbeitet wird. Entsprechendes gilt für die den Kanälen II und III zugeordneten Umschaltern. Die Frequenz des Prüffrequenzgebers ist dabei so hoch gewählt, daß sie größer als die Drehzahl ist, welche normalerweise zum Ansprechen des Schnellschlusses erforderlich ist. Durch Beaufschlagung der Überwachungsschaltungen mit Prüffrequenz kann also eine Drehzahlüberhöhung simuliert und so eine Funktionsprüfung der einzelnen Überwachungskanäle vorgenommen werden. Dabei ist durch gegenseitige Verriegelung der Taster T1, T2 und T3 dafür gesorgt, daß jeweils nur ein Überwachungskanal mit der Prüffrequenz fp angeregt werden kann.

Die Frequenzvergleichsglieder F dienen zur Überwachung der Impulsgeber 11 - 13» So vergleicht das dem Kanal I zugeordnete Frequenzvergleichsglied F die Frequenzen der von den Impulsgebern 11 und 12 erzeugten Impulszüge, das FreijHenzvergleichsglied F im Überwachungskanal II die von den Impulsgebern 12 und 13 gelieferten Impulszüge während das im Überwachungskanal III angeordnete Frequenzvergleichsglied die Frequenzen der von den Impulsgebern 11 und 13 stammenden Impmlszügen vergleicht. Würde z.B. irgendeiner der drei Impulsgeber 11 bis 13 ausfallen bzw. im Zuge der Leitungsführung zwischen ihm und einen der FrequenzvergleichsglMer F ein Drahtbruch auftreten, so würde am Ausgang von zwei der drei Frequenzvergleichsglieder ein Ausgangssignal erscheinen. Durch das Ansprechen von zwei Frequenzvergleichsgliedern ist aber der fehlerhaft arbeitende Impulsgeber

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eindeutig bestimmt und kann entsprechend in der· jeweiligen Überwachungsschaltung registriert werden.

Am Ausgang der Grenzwertmelder G- erscheint dann ein digitales Ii-Signal V1, V2 bzw. V3, wenn deren Eingangsfrequenzen, sei es infolge einer realen Drehzahlüberhöhung der Turbine 2 oder bei der Kanaleinzelprüfung durch Zuführung der höherfrequenteren Prüffrequenzen fp1, fp2 bzw. fp3 der Prüffrequenzgeber 7, einen den Grenzwertmeldern zugeführten Sollwert S übersteigen, welcher der maximal zulässigen Turbinendrehzahl entspricht. Die Ausgangssignale der Grenzwertmelder G bzw. der Frequenzvergleichsglieder P in den einzelnen Kanälen werden drei mit Ü bezeichneten Überwachungsschaltungen zugeführt. Weitere Eingangssignale dieser Überwaehungsschaltungen Ü sind jeweils die Ausgangssignale der den beiden anderen Überwachungskanälen zugeordneten Überwaehungsschaltungen, ferner die Betätigungssignale P1, P2 und P3 der Umschalter US sowie weitere, mit R, KD3, KD1 bzw. KD2 bezeichnete Signale, auf deren Bedeutung noch später bei der mehr ins einzelne gehenden Erläuterung der Überwachungsschaltung näher eingegangen wird.

Zur Betätigung des Schnellschlusses sind elektromagnetische Stellglieder 20, 21 und 22 vorgesehen, von denen jedes zwei Spulen aufweist, welche gemeinsam auf Schieber bzw. Ventile 23» 24 und 25 wirken. Diese Ventile verbleiben dann in ihrer gezeichneten, geschlossenen Stellung, wenn auch nur eine der beiden ihnen zugeordneten Betatigungsspulen erregt ist. Sobald jedoch beide der einem Ventil 23, 24 bzw. 25 zugeordneten Betätigungsspulen entregt sind, öffnet dieses Ventil. Die Ventile 23 bis 25 sind nun so in dem zur Betätigung des Schnellschlusses dienenden Hilfsölkreis HO angeordnet, daß bei einer Öffnung eines dieser Ventile der Druck im Hilfsölkreis abgebaut und damit schlagartig der

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SchnellschluQ ausgelöst wird. Der Hilfsölkreis enthält eine aus einem Ölbehälter 26 fördernden Pumpe 27, welche vor deia nicht dargestellten Stellorgan des Sehnellschlußventils den HilfsÖldruck aufbaut, der dazu führt, daß der Schnellschluß nicht eingreift. Sobald jedoch eines der Magnetventile 23_f oder 25 öffnet, wird der HilfsÖldruck HO abgebaut und der Schnellfluß betätigt. Der HilfsÖldruck kann mittels eines Druckmessers 28 angezeigt bzw. überwacht werden.

Mit der bisher beschriebenen Anordnung ist natürlich mit einer Funktionsprüfung der Ventile 23 - 25 immer auch eine Schnellschlußauslösung mit unnötigen und kostspieligen Betriebsunterbrechungen verbunden. Um dies zu vermeiden und um in eine sogenannte Ernstfallprüfung auch die Ventile 23 25 einzuschließen, ist ein Zweidreiwegeschieber 30 vorgesehen, mit welchem der Hilfsölkreis für den Schnellschluß für die Zeitdauer dieser Ernstfallprüfung an einen Reservehilfsölkreis H02 angeschlossen werden kann. Der drehbare Teil 31 des Zweidreiwegeschiebers ist mit einem Betätigungsnocken 32 für einem Endschalter 34 versehen. Wird bei der dargestellten Ausführungsform des Zweidreiwegeschiebers sein drehbarer Teil 31 um 90 gedreht, dann wird der zuvor im Betrieb befindliche ölkreis H01 abgesperrt und der Hilfsölkreis HO unterbrechungslos auf den Reeerveölkreis H02 unter Betätigung des Endschalters 34 umgeschaltet. Der eine Kontakt dieses Endschalters 34 ist mib einer mit " + " bezeichneten Gleichspannungsquelle verbunden und mit dem Bei Betätigung des Endschalters 34 an dessem anderen Kontakt erscheinenden Signal SP wird die zuvor erwähnte Verriegelung zwischen den Umschaltern US in den einzelnen Kanälen aufgehoben, so daß nunmehr durch gleichzeitige Betätigung von zwei dieser Umschalter zwei Überwachungskanäle mit Prüffrequenz angeregt werden können. Dieses würde bei ordnungsgemäßer Punktion zur Entregung von zwei einem der Ventile 23, 24 oder

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25 zugeordneten Betätigungsspulen führen, wodurch eines dieser Ventile "bestimmungsgemäß öffnen wird und demzufolge ein Druckabfall an dem Druckmesser 28 feststellbar ist.

Pig. 2 zeigt eine einfache Realisierungsmöglichkeit für die erwähnte Verriegelung der Umschalter US untereinander. Die an den Öffnungskontakten der Taster T1 bis T3 erscheinenden, von der mit "+" bezeichneten Gleichspannungsquelle abgeleiteten Betätigungssignale P1, P2, P3 für "die Umschalter US der einzelnen Überwachungskanäle können bei fehlendem Signal SP, d.h. wenn der Zweidreiwegeochieber in der in Pig. 1 gezeichneten Stellung ist, nur dann auftreten, wenn nur einer der Taster T1 bis T3 gedrückt ist, weil bei gleichzeitigem Drücken von zwei Tastern, deren Öffnungskontakte die Zuleitung der Schließkontakte zu der Versorgungsspannung unterbrechen würden. Diese Verriegelung kann jedoch aufgehoben werden, wenn sich der Endschalter· 34 in seiner betätigten Stellung befindet, wodurch die Öffnungskontakte der Taster T1 bis T3 über Entkopplungsdioden 35 direkt mit der Versorgungsspannung verbunden sind. Die Art der Betätigung der Taster T1 bis T3 ist an sich beliebig, sie kann manuell oder selbsttätig z.B. nach Maßgabe eines Prüfprogramms erfolgen.

Pig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen digitalen Grenzwertmelder, wie er in Pig. 1 mit G bezeichnet ist. Er enthält im wesentlichen einen digitalen Komparator 36, einen Impulsperiodenzähler 37 sowie eine nach Art eines Verschlüsslers arbeitende Auszählvorrichtung 38? welche dem Komperator 36 laufend zu bestimmten. Zeitpunkten eine Binäfczahl anbieten, welche umgekehrt proportional der Turbinendrehzahl ist. Dem Impulsperiodenzähler 37 wird über äen mit der Eingangsklemme 8 verbundenen Eingang eines Undgatters 39 eine Impulsfolge zugeführt₉ welche je nach Stellung des Umschalters US entweder in der Ausgangsgröße

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des Impulsgeber 11 oder im Ausgangssignal des Prüffrequenzgebers 7 bestehen kann. Das Undgatter- 39 wird durchlässig gesteuert durch das Ausgangasignal einer bistabilen Kippstufe 40, deren Impulseingang ebenfalls mit der Klemme 8 verbunden ist und deren beiden statischen Eingänge so mit den Ausgängen einer weiteren bistabilen Kippstufe 41 verbunden ist, daß jeweils mit der Anstiegsflanke eines an der Klemme eintreffenden Impulses die bistabile Kippstufe 40 genau die gleiche Lage einnimmt, wie sie die bistabile Kippstufe 41 aufweist. Das Umschalten der bistabilen Kippstufe 40 von ihrem einen in den anderen Zustand ist somit mit den den Anstiegsflanken der an der Klemme 8 eintreffenden Impulse synchronisiert. Zur Abfrage eines bestimmten Zählerstandes η des Zählers 37 dient ein Undgatter 42. Im dargestellten Beispiel wäre η =

Das Ausgangssignal des Undgatters 42 ist auf den Eingang eines Verzögerungsgliedes43 geführt, welches bei jedem zugeführten digitalen Impuls dessen Übergang von 0 auf L-Signal um eine bestimmte Zeitverzögert. Der Ausgang des Undgatters 42 ist weiterhin mit einem dynamischen Eingang der bistabilen Kippstufe 41 verbunden. Ihr zweiter Eingang ist an den Ausgang des Verzögerungsgliedes 43 angeschlossen, welcher zusätzlich noch den Rückstelleingang des Impulszählers 37 sowie einen Eingang einer weiteren bistabilen Kippstufe 46 beaufschlagt, deren zweiter Eingang mit einem der Zählstufenaus?» gänge des Zahlers 3? verbunden ist. Der Ausgang der bistabilen. Kippetufe/ist mit dem Eingang eines Undgatters 49 verbunden, dessen weitere Eingänge über eine Verzögerungsschaltung 48 von den an der Klemme 8 eintreffenden Impulsen und vom negierten Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 43 beaufschlagt sMd. Der Ausgang des Undgatters 49 ist an die Seite der Kippstufe 41 angeschlossen, deren dynamischer Eingang an den Ausgang der Verzögerungsstufe 43 angeschlossen ist. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe 40 ist über ein weiteres Undgatter mit dem Eingang eines weiteren Zählers 44 verbunden

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und öffnet dieses jeweils für die Dauer ,jedes am Ausgang der Kippstufe 40 erscheinenden Impulses für die von einem Impulsgenerator 45 gelieferten Zähl inipulse. Mit der absteigenden Planke eines jeden dieser Impulse wird das Undgatter 43 gesperrt und gleichzeitig über eine Leitung 47 die Rückstellung des Zählers 44 unter gleichzeitiger Abgabe seines Zählerinhalts an den digitalen Komparator 36 veranlaßt. Auf diese Weise wird die Länge der am Ausgang der Kippstufe 40 erscheinenden Impulse als Summe von Zählimpulsen wesentlich höhere» Frequenz in Form einer binä,ren Zahl abgebildet und in Vergleich mit dem konstanten Sollwert S gesetzt.

Die Arbeitsweise des Impulsperiodenzählers 37 ist folgende: Beim Einschalten der Stromversorgung nehmen die Kippstufen 40, 41 und 46 diejenige Lage ein, bei der ihre fett hervorgehobenen Ausgänge jeweils L-Signale aufweisen und die Anordnung ist startbereit. Verzögert um die Zeit tp der Verzögerungsschaltung 48 j welche relativ klein ist und in der Größenordnung der Signallaufzeit einer Kippstufe liegt, bringt die Anstiegsflanke des nächsten an der Klemme 8 erscheinenden Impulses die bistabile Kippstufe 41 in ihre andere Lage, so daß mit der Anstiegsflanke des darauffolgenden Eingangsimpulses der mit den Undgattern 39 und 49 verbundene Ausgang der bistabilen Kippstufe 40 ein L-Signal annimmt und somit die Zähleingänge der Zähler 37 und "44- freigibt Nach dem Einlaufen von zwei Impulsen in den Zähler' 37 erscheint an dem mit der Kippstufe 46 verbundenen ZählStufenausgang ein L-Signal, welches diese in ihre andere Lage bringt, wodurch das Undgatter 49 gesperrt wird,, Nach dem Eintreffen von η Impulsen erscheint am Ausgang des Undgatters 42 ein L-Signal, welches die bistabile Kippstufe 41 in ihre Anfangslage zurückbringt, woraufhin mit der Anstiegsflanke des (n + 1)ten Impulses die bistabile Kippstufe 40 ebenfalls wieder zurückgesetzt wird und dadurch die Gatter 39 und 49 gesperrt werden. Dadurch beträgt die Dauer des am Ausgang der Kippstufe

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erscheinenden Impulses genau η volle Perioden des an der Klemme 8 auftretenden Impulszuges. Nach Ablauf der Verzögerungszeit ti des Verzögerungsgliedes AJ> wird der Zähler 37 von dessen Ausgangssignal zurückgesetzt und gleichzeitig durch Beaufschlagung der bistabilen Kippstufe 4l an ihrem oberen Eingang der Beginn eines neuen Impulses am Ausgang der Kippstufe 40 vorbereitet. Dieses Spiel setzt sich nun selbsttätig fort, so daß sich die im linken Teil der Pig. 3 angegebene Impulsfolge erscheint, deren Impulspausen durch die Verzögerungszeit ti des Verzögerungsgliedes ti des Verzögerungsgliedeg 4 3 bestimmt sind. Wänrend der η volle Perioden umfassenden Meßzykluszeit tn wird der Zähler 44 hochgezählt und jeweils am Ende dieser Meßzykluszeit der dann erreichte Zählerinhalt an den digitalen Komparator 36 weitergegeben. Ist ein ihm eingegebener, konstanter Wert S größer als der jeweils während η Perioden erreichte Zählerstand des Zählers 44, so ist das an der Ausgangsklemme 11 des G-renzwertmelders erscheinende, mit V1 bezeichnetes Signal ein L-rSignal.

Fig. 4 zeigt den näheren Aufbau der Überwachungsschalüungen Ü, welcher für alle drei Kanäle I bis III identisch ist. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen gelten für die Signalanschlüsse der in den Kanälen II und III angeordneten Überwachungsschaltungen.

Die Wirkungsweise der in der Pig. 4 dargestellten Überwachungsschaltung soll zunächst unter der Voraussetzung beschrieben werden, daß weder einen Kanaleinzel- noch eine Kanaldoppelprüfung (Ernstfallprüfung) stattfindet. Die an den Undgattern 50, 51 und 52 anstehenden Signale P1, P2 und P3 sind also sämtlich O-Signale, womit die ihnen zugeordneten Umschalter US sich sämtlich in der in Pig. I dargestellten Stellung befinden. Die Ausgangssignale der Norgatter 53 und 54 weisen dann jeweils ein L-Signal auf und bereiten demzufolge die Undgatter U1, U2, U3 und U7 zur Öffnung vor. Gleichzeitig erhält der eine Eingang des Odergatters 04 ein

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0-Signal, so daß am Ausgang desselben nur dann ein L-Signal anstehen kann, wenn ein mit R bezeichnetes Signal den Wert KuIl aufweist. Dies sei aber nur dann der Fall, wenn das in Fig. 1 mit 3 bezeichnete Stellventil geöffnet ist und der Radraumdruck sich oberhalb eines bestimmten Grenzwertes befindet, da nur in diesem Fall eine Schnellschlußbetätigung zur Abwendung einer Zerstörungsgefahr sinnvoll ist.

Die Schnellschlußbetätigung wird, wie schon zuvor erwähnt, ausgelöst, wenn mindestens zwei der in den einzelnen Kanälen angeordneten Entstufen B1, 12 oder E3 geschaltet haben, d.h. ihre entsprechenden Ausgangssignale A1, A2 oder A3 den Wert Null aufweisen und demzufolge die ihnen augeordneten Magnetventile entregt sind. Dies erfordert aber, daß die Endstufen E1, E2 oder E3 eingangsseitig mit einem L-Signal beaufschlagt werden. Im Falle einer realen Drehzahlüberhöhung wird die von den Impulsgebern 21 - 13 gelieferte Frequenz den Sollwert übersteigen und deshalb an den Ausgängen der Grenzwertmelder G in den einzelnen Kaiälen die Ausgangs- · signale V1, V2 und Y3 sämtlich mit L-Signalen anstehen, so daß jeweils in den einzelnen Kanälen am Ausgang des Undgatters U6 und damit auch am Ausgang des Odergatters 03 L-Signale erscheinen, was zur Schnellschlußbetätigung führt.

Während des normalen Turbinenlaufes, d.h. solange sich die Turbinenfrequenz unterhalb des Sollwertes bewegt, eifaßt die Überwachungsschaltung auch sogenannte statische Fehler,' wie z.B. defekte Endstufentransistoren oder einen Leitungsbruch in dem Zuleitungen zu den Betätigungsspulen der Ventile 23 - 25. Ist z.B. der Impulsgeber 11 ausgefallen, dann wurden die Ausgangssignale FD12 und FD31 der im Kanal I und III angeordneten Frequenzdifferenzglieder F L-Signale aufweisen, während das im Kanal H angeordnete Frequenzdifferenzglied ein O-Signal liefern würde. Infolgedessen tritt am Ausgang

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des Undgatters U2 ein L-Signal auf, welches über dae Odergatter 01 und das Undgatter U7 nach der Verzögerungpzeit t3 einer Verzögerungsstufe 57 auf der Leitung 55 ein Ij-Sigiial erseheinen läßt, welches eine Abschaltung der Endstufe JJi " bewirkt. Gleichzeitig wird dieser Fehlerfall «jit eine? Lampe 56 optisch angezeigt. Da das Ausgangssignal Al In/ diesem Fall Q-Signal aufweist, wird nun auch am Ausgang des Undgatters U3 ein L-Signal auftreten, so daß der Zustand des L-Signals auf der Leitung 55 gewissermaßen in gelbst* haltung geht und deshalb eine Anzeigelampe 56 dauernd diesen Zustand (Ersatzanregung) signalisieren wird, bis eütsprechende Abhilfe erfolgt. Eine Auslösung dee SohneHSchlusses ist in diesem Falle nicht gegeben, da es hierau das Abac&alten noch einer weiteren Endstufe bedüfte.

Das Verzögerungsglied 57 hilft Fehlfunktionen zu vermeiden, die aufgrund des Umständes entstehen könnten! daß die Ergebnisse der Drehzahlüberwachungen an den Ausgängen der Grenzwertmelder G in den einzelnen Kanälen in der Regel,'bedingt durch die mechanische Anordnung der Impulsgeber J1» 12 und 13, nicht gleichzeitig vorliegen. So ist β»Β· der Fall möglich, daß bei einer realen Drehzahlüberhöhung das Ausgangesignal V1 des Grenzwertmelder im Kanal I schon ein L-Signal führt, während Ausgangssignale der beiden übrigen Grenzwertmelder für eine darauffolgend kurze Zeit noch keine L-Signale aufweisen und in diesem Falle das Undgatter U1 ein Ausgangssignal abgibt, welches ohne das Verzögerungsglied 57 über das Odergatter 01, das Undgatter U7, das Odergatter 02 und das Odergatter 03 eine Abschaltung der Endstufe E1 veranlassen könnte. Eine Abschaltung im Falle einer realen Drehzahlüberhöhung sollte jedoch ausschließlich über die Leitung 58 erfolgen. Dies wird/die von dem Verzögerungsglied 57 bewirkte Signalverzögerung, welche zweckmäßigerweise in der Größenordnung

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VPA 72/3125 - 13 - ■ einer Meßzykluszeit gewählt wird, sichergestellt.

Pur eine Kanaleinzelprüfung, beispielsweise für £ie Prüfung des Kanals I wird die Taste T1 betätigt. Der Betätigungseingang des Umschalters US im Kanal 1 erhält daher ein L-Signal, woraufhin der Grenzwertmelder G im Kanal I sowie die Prequenzvergleichsglieder in den Kanälen I und III mit einer über dem Sollwert liegenden Prüffrequenz iL.. beaufschlagt werden. V1, PD12 und PD31 weisen deshalb I-Signal auf, während V2, V3 und PD23 O-Signale zeigen. Bei ordnungsgemäßer Punktion der Geräte im Kanal I müssen daher an den Ausgängen der Dhdgatter U1, U2 und U3 L-Signale erscheinen, desgleichen am Ausgang des TJmdgatters U4. Das Norgatter 54 und damit das Undgatter U7 sind gesperrt. Wenn also beide Eingänge des Undgatters TJ5 mit L-Signalen belegt sind, ist dies ein Indiz dafür, daß die einzelnen Geräte des überwachung skanals I intakt sind. Dieser Zustand wird nach einer, durch ein weiteres Verzögerungsglied 60 bewirkten Verzögerungszeit t., welche etwa der Signallaufzeit durch die erwähnten Gatter entspricht, mittels eines PrüfSpeichers 59 überprüft. Sollte nach Erscheinen des Prüfsignals P1 und nach Ablauf der Verzögerungszeit t^ des Verzögerungsgliedes 60 dieser Zustand nicht vorhanden sein, dann erscheint am Ausgang des Undgatters U5 ein O-Signal und der Prüfspeicher 59 wird in die Lage gesetzt, daß an seinem mit einer Anzeigelampe 61 und dem Odergatter 02 verbundener Ausgang ein L-Signal ansteht, welches dann über die Leitung 55 die Endstufe E1 abschalten wird, also eine "Ersatzanregung" bewirkt. Diese Ersatzanregung, d.h. ,die dauernde Abschaltung eines als fehlerhaft erkannten Überwachungskanals verleiht der 2 aus 3-Überwachungs3chaltung die Punktion einer 1 aus 2 Schaltung: es braucht nur noch ein Fehler in den restlichen zwei intakten Überwachungskanälen aufzutreten, um den Schnell— schlnß auszulösen. Dadurch wird die Sicherheit im Pehlerfall erheblich vergrößert.

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Bei der Kanaldoppelprüfung, der sogenannten Ernstfallprüfung wird den Grenzwertmeldern zweier Kanäle das Vor» liegen einer überhöhten Drehzahl simuliert, um daraufhin zwei Endstufen gezielt abzuschalten. Zur Vermeidung der kostspieligen Polgen einer Auslösung des Schnellschlußorganes wird, wie schon erwähnt, zuvor der ölkreis des Betätigungsorganes für den Schnellschlufl auf ein Reservegerät umgeschaltet, das während der Ernstfallprüfung den Überdrehzahlschutz übernimmt und bei Überdrehzahl den Schnellschlußauslösen kann.

Bei der Kanaldoppelprüfung, beispielsweise der Kanäle I und II, nehmen die Signale P1 und P2 L-Signal an. Damit erscheinen in den Kanälen I und II an den Ausgängen der Norgatter 53 und 54 O-Signale, im Kanal III jedoch nur am Ausgang des Norgatters 54. Im Kanal III ist damit lediglich das ündgatter 7 gesperrt, nicht jedoch die Undgatter U1 - U3. Da bei Doppelprüfung der Kanäle I und II FD23 und PD31 L-Signale und PD12 O-Signale aufweisen müssen, erscheint im Kanal III am Ausgang des Odergatters 01 bei ordnungsgemäßer Punktion der Frequenzvergleichsglieder das Signal KD3 als L-Signäl, welches einer im Kanal I angeordneten, aus den Gattern 62, 63 und 64 bestehenden Auswerteschaltung zugeführt wird. An den weiteren Eingängen dieser Auswerteschaltung ist bei Ernstfallprüfung der Kanäle I und II zu erwarten, dap die Signale A1 und A2 O-Signale sind, während das Signal A3 ein L-Signal ist. Pur diese Signalzustände erscheinen an den Ausgängen der Gatter 62 und 63 und damit auch am Ausgang des Gatters 64 L-Signale, was mittels einer Anzeigelampe optisch angezeigt und an der Ausgangsklemme 17 zur Weitermeldung eines positiven Ergebnisses der Kanaldoppelprüfung ausgewertet werden kann. In analoger Weise findet die Kanaldoppelprüfung bezüglich der Kanäle II und III bzw. der Kanäle III und I statt.

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Dur eh diese «we.i irüfungs.ärt.eii «* .Kanale;Mmelprüfun,g und . Kanaldoppelprüfung *- igt es-m^glicli,. di.e .?μη^ΐίοη eier tjfeer'-dreliaaiilsoliutaeiffPialltuRg su Jedem .Zeitpunkt zu -überprüfen, ZweckmäSigerweise .kann nooh zusätzlich, ein vierter , (Ieaerv@*^tit3erwae1iwig§lianal-TOigeseiien. werden., go daß bei einem Defekt in einem· der in Betrieb befindlichen;Kanäle sofort auf diegeR fiir.die Zeit der_rReparatu-P des defekten Kanals zurückgegriffen wer den. kann, .".'.,.-,,..,._..

In Fig, 5 ist ein detailliertes Ausfuteungs.feeispi.el. für die elektrQliydrauliselien Stellglieder 20 - 25 dargestellt.

Ba die 2 τοη 3 Verknüpfung in der Ausfülirung der parallel eingebauten Ventile 23, 24 und 25 im Hilfsolkreis H01 liegt, besitzt jedes der hydraul is'often Ventile 23, 24 und 23 als Versteuerung gwei Magnetventile 20a/2Qb, 21 a/211» und 22a/22b. Die Auslösung erfolgt' naeii dem Ruliegtrompringip, indem ^§des Vorsteuermagnetvejitil 20a -'22b 'im eingeseiialteten Zustand steueröl StQ über ein sur Entkopplung vQrgeselienBs Rückentil 6$ auf das' iiim zugeordnete f'ederbelastete nydraU"-Ventil 23 - 25 'gibt, so daß der Rückfluß Ri¹ des Hilfsöla HQ1 abgesperrt wird. Steuert eines der beiden einem hydraulisekeffl Ventil zigeordneten Vorsteuermagnetventile, z.B, 20a oder 20b ab, so sperrt das Steueröl StO des zweiten Vorsteuormagnetventiles den Vorsteuerkreis des ersten Magnetventils über das Rüekseiilagventil"66 ab und Mit weiterhin das hydraulische Ventil geschlossen.Erst wenn auch das zweite Vorsteuermagnetventil spännungslos wird, schaltet das entsprechende hydraulische Ventil durch Hilfsöl und federkraft um und verbindet den Hilfsolkreis H01 mit dem Rückfluß BJ. Durch den Abbau des HilfsÖldruckes werden über mechanische Verstärker und Speicher in an sich bekamnter Weise·die Schnellschlußventile geschlossen.

12 Patentansprüche
5 Piguren

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Claims

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Patentansprüche

(ty Einrichtimg zur Überwachung und Begrenzung der Von Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, aus elektronischen Bauelementen bestehende Überwachungskanäle vorgesehen sind und jede» Kanal ein vom #iner mit der Türbinenwelle gekuppelten Xmpulsscheibe (6) aktivierbarer Impulsgeber zugeordnet ist, dessen Auegangsgröte einen Grenzwertmelder (6) und zwei Freq^tmavergieieli»- glieder (F) beaufschlagt und daß van. den Ausgangssignalen der Grenzwertmelder und der Fxeqiiensvergleichsglieder über eine Jeweils einem· Kanal angeordnete· Überwachungsschaltung (Ü) Stellglieder für den Schnellschluß betätigbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß drei Überwachungskanäle (I-III) vorgesehen sind und das Ansprechen von mindestens zwei Überwachungsschaltungen (Ü) zur Schnellschlußbetätigung erforderlich ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellschlußbetätigung durch Entregen der Spulen von elektrohydraulischen Stellgliedero(20 - 25) erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsprüfung der Überwachungskanäle je ein Prüffrequenzgeber (7) vorgesehen ist, dessen Ausgang wahlweise auf die Eingänge der einzelnen Grenzwertmelder (G) und Frequenzvergleichsglieder (F) schaltbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüffrequenz (fp1, fp2, fp3) mittels dreier, ;}eweils einem Überwachungekanal zugeordneter, gegenseitig verriegelbarer Umschalter (US) auf die Eingänge der Grenzwertmelder und Frequenzvergleichsglieder schaltbar ist

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6. Einrichtung nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Zweiwegventil (30) das Schnellschlußventil an einen zweiten Betätigungsb'lkreis (H02) anschließbar ist und dabei,in Abhängigkeit von der Stellung des Zweiwegventils die gegenseitige Verriegelung der Umschalter (US) aufgehoben wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Grenzwertmelder einen digitalen Komparator (36) enthält zum Vergleich eines in binärer Form vorgegebenen Sollwertes (S) mit den von einem Verschlüssler (38) jeweils während einer bestimmten Anzahl (n) aufeinanderfolgenden Geberimpulsperioden ausgezählten Impulsen eines Impulsgenerators (45).
8. Einrichtung nach einenu'der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Überwachungsschaltung (Ü) einen Prüfspeicher (59) enthält, welcher einer die Ausgänge sämtlicher Grenzwertmelder, Frequenzvergleichsglieder und Überwachungsschaltungen überprüfenden Gatterschaltung (U₁ - U₅, O₁) nachgeordnet ist und daß die Endstufe (E₁, Ep» E,) jeder Überwachungsschaltung betätigbar ist vom Ausgangssignal (V₁, V₂, V,) des ihrem Kanal zugeordneten Grenzwertmelders, im Falle der Funktionsprüfung ihres Kanals vom Ausgangssighal des Prüfspeichers und im übrigen vom Ausgangssignal (KD1, KD2, ΚΌ3) der Gatterschaltung. .
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadufch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (ID1, KD2, KD3) der Gatterschaltung und des Prüfspeichere (59) den Eingang der Überwachungsendstufe über eine Verzögerungsschaltung (57) beaufschlagen.

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10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9» gekennzeichnet durch eine bei der gleichzeitigen Funktionsprüfung zweier Kanäle vorgesehene Gatterschaltung, bestehend aus einem Norgatter (62), welches eingangsseitig mit den Ausgängen (A₁, A₂) der Überwachungsendstufen der beiden mit Prüffrequenz (f ) beaufschlagten Kanäle verbunden ist, aus einem ersten Undgatter (63) an dem eingangsseitig das Ausgangssignal (A3) der Überwachungsendstufe und der Gatterschaltung (ΚΌ3) des dritten Kanals anliegt sowie aus einem zweiten Undgatter (64)» das eingangsseitig mit dem Ausgang des Nougatters sowie desjersten Undgatters verbunden ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei den Ablauf des Hilfsöls (H01) für das Schnellschlußventil freigebenden, federbelastete Kolben (23 - 25) vorgesehen und zur Vorsteuerung dieser Kolben jeweils zwei Magnetventile (20 - 22) vorgesehen sind, deren Spulen jeweils von den Ausgängen (A₁, A₂> A,) zweier der drei Überwachungsschaltungen (Ü) beaufschlagt sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der zwei, jeweils einem federbelastetem Kolben zugeordneten Magnetventile ein Rückschlagventil (66) vorgesehen ist.

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