DE2254250B2 - Drehzahlbegrenzungseinrichtung für eine Turbine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine DrehzahlbegrenzungEeinrichtung für eine Turbine mit drei aus elektronischen Bauelementen bestehenden Drehzahlüberwachungskanälen, denen als Drehzahlgeber jeweils eine mit der Turbinenwelle gekuppelte Impulsscheibe zugeordnet ist und welche über eine 2-von-3-Sicherheitsschaltung eine elektrohydraulische Schnellschlußbetätigung auslösen.

Eine derartige Drehzahlbegrenzungseinrirhtung ist durch die DE-OS 19 58 411 bekannt. Die von dem Impulsscheiben-Drehzahlgebern gelieferten Größen werden dort mit Werten einer voraus berechneten Grenzwertkurve verglichen und bei Unterschreiten eines bestimmten Sicherheitsabstandes zu diesen Grenzwerten ein Schließen der Schnellschlußventile eingeleitet. Zwar läßt sich mit dieser bekannten Einrichtung die Abschaltsicherheit beim Betrieb von Turbosätzen verbessern, die bekannte Einrichtung muß jedoch notwendigerweise versagen, wenn bei ihr innere Fehler auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zu schaffen, zuverlässig und zu jedem Zeitpunkt deren Betriebsbereitschaft und Funktionsfähigkeit zu überprüfen, wobei sich eine solche Überprüfung auch wahlweise bis zum letzten Glied der Sicherheitsbegrenzungseinrichtung, nämlich bis zu den Stellgliedern für den Schnellschluß erstrecken soll, ohne daß deshalb der Betriebszustand der Turbine verändert wird.

Geiöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zur Funktionsprüfung der Drehzahlüberwachungskanäle je ein Prüffrequenzgeber vorgesehen ist, dessen Ausgang über gegenseitig verriegelbare Umschalter auf die Kanaleingänge schaltbar ist, wobei die gegenseitige Verriegelung in Abhängigkeit von der Stellung eines Zweiwegventils aufgehoben wird, mit welchem das Schnellschlußventil an einen zweiten Betätigungsölkreis anschließbar ist.

Mit der Erfindung wird außer einer Prüfung der einzelnen Drehzahlüberwachungskanäle auch eine Kanaldoppelprüfung, also eine sogenannte Ernstfallprüfung möglich, ohne daß damit eine Beeinträchtigung des laufenden Turbinenbetriebes verbunden ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, weiche im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden sollen, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine mit einem auf ein Netz N 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, falls 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 Maßnahmen der Druck dec Öls HO in der Zuleitung 5 abgebaut wird.

Mit der Welle der Dampfturbine 2 ist eine t<> Impulsscheibe 6 mechanisch gekuppelt welche an ihrem Umfang im regelmäßigen Abstand eingelassene Dauermagnete aufweist In Umiangsnähe der Impulsscheibe 6 sind ortsfest drei Impulsgeber /1 —/3 angeordnet, welche beispielsweise aus Hallgeneratoren bestehen i> und beim Drehen der Impulsscheibe 6 drei gleichfrequente Impulsfolgen f_m\, /J_n 2 und /J_n 3 liefern. Die Impulsgeber /1, /2 und /3 bilden den Anfang dreier mit I, II und III bezeichneter, völlig gleichartig aufgebauter Überwachungskanäle. Jeder dieser Überwachungskanä-Ie ist mit einer eigenen, nicht weiter dargestellten Stromversorgung versehen und und enthält einen vorzugsweise elektronischen Umschalter US, über den die Eingänge eines Grenzwertmelders G und zweier Frequenzvergleichsgliedern F entweder mit dem 2^r> Ausgang des diesem Kanal zugeordneten Impulsgebers oder mit dem Ausgang eines diesem Kanal zugeor dneten Prüffrequenzgebers 7 verbindbar sind. Die Innenschaltung des elektronischen Umschalters sei am Beispiel des dem Kanal I zugeordneten Umschalters «> näher erläutert Er besteht aus zwei Undgattern, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Odergatters verbunden sind. In der dargestellten Stellung der Taste Ti wäre das dem Impulsgeber /1 zugeordnete Undgatter durchlässig. Wird dagegen die Taste Tl ■*"> gedrückt, so entsteht am Betätigungseingang des Umschalters US'ein digitales L-Signal Pl, welches das zuvor leitend gewesene Undgatter sperrt und das dem Prüffrequenzgenerator 7 zugeordnete Undgatter öffnet, so daß nunmehr anstelle der der Turbinendrehzahl ··" entsprechenden Impulsfrequenz f_m 1 die Prüffrequenz fp verarbeitet wird. Entsprechendes gilt für die den Kanälen H und III zugeordneten Umschaltern. Die Frequenz des Prüffrequenzgebers ist dabei so hoch gewählt, daß sie größer als die Drehzahl ist, welche ⁴"> normalerweise zum Ansprechen des Schnellschlusses erforderlich ist Durch Beaufschlagung der Überwachungsschaltungen init Prüffrequenz kann also eine Drehzahlüberhöhung simuliert und so eine Funktionsprüfung der einzelnen Überwachungskanäle vorgenom- '><> men werden. Dabei ist durch gegenseitige Verriegelung der Taster Tl, T2 und T3 dafür gesorgt, daß jeweils nur ein Überwachungskanal mit der Prüffrequerz fp angeregt werden kann.

Die Frequenzvergleichsglieder Fdienen zur Überwa- ">'> chung der Impulsgeber /1 —/3. So vergleicht das dem Kanal I zugeordnete Frequenzvergleichsglied F die Frequenzen der von den Impulsgebern /1 und /2 erzeugten Impulszüge, das Frequenzvergleichsglied F im Überwachungskanal II die von den Impulsgebern /2 ^M1 und /3 gelieferten Impulszüge während das im Überwachungskanal III angeordnete Frequenzvergleichsglied die Frequenzen der von den Impulsgebern /1 und /3 stammenden Impulszügen vergleicht. Würde z.B. irgendeiner der drei Impulsgeber /1 bis /3 <-> ausfallen bzw. im Zuge der Leitungsführung zwischen ihm und einen der Frequenzvcrgleichsglieder 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 eindeutig bestimmt und kann entsprechend in der jeweiligen Überwachungsschaltung registriert werden.

Am Ausgang der Grenzwertmelder G erscheint dann ein digitales L-Signal Vl, V2 bzw. V3, wenn deren Eingangsfrequenzen, sei es infolge einer realen Drehzahlüberhöhung der Turbine 2 oder bei der Kanaleinzelprüfung durch Zuführung der höherfrequenteren Prüffrequenzen fp 1, fp2 bzw. fp3 der Prüffrequenzgeber 7, einen den Grenzwertmeldern zugeführten Sollwert 5 übersteigen, welcher der maximal zulässigen Turbinendrehzahl entspricht Die Ausgangssignale der Grenzwertmelder G bzw. der Frequenzvergleichsglieder F in den einzelnen Kanälen werden drei mit Ü bezeichneten Überwachungsschaltungen zugeführt Weitere Eingangssignale dieser Überwachungsschaltungen O sind jeweils die Ausgangssignale der den beiden anderen Überwachungskanälen zugeordneten Überwachungsschaltungen, ferner die Betätigungssignale Pl, P2 und P3 der Umschalter US sowie weitere, mit R, KD 3, KD1 bzw. KD 2 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 Betätigungsspulen 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 Schnellschluß ausgelöst wird. Der Hilfsölkreis enthält eine aus einem ölbehälter 26 fördernden Pumpe 27, welche vor dem nicht dargestellten Stellorgan des Schnellschlußventils den HilfsÖldruck eingreift. Sobald jedoch eines der Magnetventile 23, 24 oder 25 öffnet, wird der HilfsÖldruck HO abgebaut und der Schnellschluß 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 Zweidreiwegschieber 30 vorgesehen, mit welchem der Hilfsölkreis für den Schnellschluß für die Zeitdauer dieser Ernstfallprüfung an einen Reservehilfsölkreis HO 2 angeschlossen werden kann. Der drehbare Teil des Zweidreiwegeschiebers ist mit einem Betätigungsnocken 32 für einen Endschalter 34 versehen. Wird bei der dargestellten Ausführungsform des Zweidrtiwegeschiebers sein drehbarer Teil um 90° gedreht, dann wird der zuvor im Betrieb befindliche Ölkreis HOt abgesperrt und der Hilfsölkreis HO unterbrechungslos auf den Reserveölkreis HO2 unter Betätigung des Endschalters 34 umgeschaltet. Der eine Kontakt dieses Endschalters 34 ist mit einer mit κ+«

bezeichneten Gieichspannungsquelle 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 Funktion zur Entregung von zwei einem der Ventile 23, 24 oder 25 zugeordneten Betätigungsspulen führen, wodurch eines dieser Ventile bestimmungsgemäß öffnen wird und demzufolge ein Druckabfall an dem Druckmesser 28 feststellbar ist.

Fig.2 zeigt eine einfache Realisierungsmöglichkeit für die erwähnte Verriegelung der Umschalter US untereinander. Die an den öffnungskoniakien der Taster Ti bis 7"3 erscheinenden, von der mit » + « bezeichneten Gleichspannungsquelle abgeleiteten Betätigungssignale Pl, P2, P3 für die Umschalter US der einzelnen Überwachungskanäle können bei fehlendem Signal SP, d. h. wenn der Zweidreiwegeschieber in der in F i g. 1 gezeichneten Stellung ist, nur dann auftreten, wenn nur einer der Taster Ti bis Ti gedrückt ist, weil bei gleichzeitigem Drücken von zwei Tastern, deren Öffnungskontakte die Zuleitung der Schließkontakte zu der Versorgur.gsspannung unterbrechen würden. Diese Verriegelung kann jedoch aufgehoben werden, wenn sich der Endschalter 34 in seiner betätigten Stellung befindet, wodurch die Öffnungskontakte der Taster Π bis T3 über Entkopplungsdioden 35 direkt mit der Versorgungsspannung verbunden sind. Die Art der Betätigung der Taster Ti bis Γ3 ist an sich beliebig, sie kann manuell oder selbsttätig z. B. nach Maßgabe eines Prüfprogramms erfolgen.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen digitalen Grenzwertmelder, wie er in F i g. 1 mit G bezeichnet ist. Er enthält im wesentlichen einen digitalen !Comparator 36, einen Impulsperiodenzähler 37 sowie eine nach Art eines Verschlüsslers arbeitende Auszahlvorrichtung 38, welche dem Komperator 36 laufend zu bestimmten Zeitpunkten eine Binärzahl anbieten, weiche umgekehrt proportional der Turbinendrehzahl ist. Dem Impulsperiodenzähler 37 wird über den mit der Eingangsklemme 8 verbundenen Eingang eines Undgatters 39 eine Impulsfolge zugeführt, welche je nach Stellung des Umschalters US entweder in der Ausgangsgröße des Impulsgebers /1 oder im Ausgangssignal des Prüffrequenzgebers 7 bestehen kann. Das Undgatter 39 wird durchlässig gesteuert durch das Ausgangssignal 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 8 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 π des Zählers 37 dient ein Undgatter 42 Im dargestellten Beispiel wäre π = 13.

Das Ausgangssignal des Undgatters 42 ist auf den Eingang eines Verzögerungsgliedes 43 geführt, welches bei jedem zugeführten digitalen Impuls dessen Übergang von 0 auf L-Signal um eine bestimmte Zeit fl verzögert. 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 Zählstufenausgänge des Zählers 37 verbunden ist. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe 46 ist mit dem Eingang eines Undgatters 49 verbunden, dessen

in weitere Eingänge über eine Verzögerungsschaltung 48 von den an der Klemme 8 eintreffenden Impulsen und vom negierten Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 43 beaufschlagt sind. Der Ausgang des Undgatters 49 ist an die Seite der Kippstufe 41 angeschlossen, derer dynamischer Eingang an den Ausgang der Verzögerungsstufe 43 angeschlossen ist. Der Ausgang dei bistabilen Kippstufe 40 ist über ein weiteres Undgattet mit dem Eingang eines weiteren Zählers 44 verbunder und öffnet dieses jeweils für die Dauer jedes am Ausgang der Kippstufe 40 erscheinenden Impulses für die von einem Impulsgenerator 45 gelieferten Zählimpulse. Mit der absteigenden Flanke eines jeden dieset Impulse wird das Undgatter 43 gesperrt und gleichzeitig über eine Leitung 47 die Rückstellung des Zähiers 44

:5 unter gleichzeitiger Abgabe seines Zählerinhalts an der digitalen Komparator 36 veranlaßt Auf diese Weise wird die Länge der am Ausgang der Kippstufe 4C erscheinenden Impulse als Summe von Zählimpulser wesentlich höherer Frequenz in Form einer binärer

jo Zahl abgebildet und in Vergleich mit dem konstanter Sollwert 5 gesetzt.

Die Arbeitsweise des Impulsperiodenzählers 37 ist folgende: Beim Einschalten der Stromversorgung nehmen die Kippstufen 40,41 und 46 diejenige Lage ein

J5 bei der ihre fett hervorgehobenen Ausgänge jeweils L-Signale aufweisen und die Anordnung ist startbereit Verzögert um die Zeit f2 der Verzögerungsschaltung 48 welche relativ klein ist und in der Größenordnung der Signallaufzeit einer Kippstufe liegt bringt die Anstiegs-

<io flanke des nächsten an der Klemme 8 erscheinender Impulses die bistabile Kippstufe 41 in ihre andere Lage so daß mit der Anstiegsfianke 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 + l)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 dei Kippstufe 40 erscheinenden Impulses genau π volle Perioden des an der Klemme 8 auftretenden Impulszuges. Nach Ablauf der Verzögerungszeit fl des Verzögerungsgliedes 43 wird der Zähler 37 von dessen Ausgangssignal zurückgesetzt und gleichzeitig durch Beaufschlagung der bistabilen Kippstufe 41 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 F i g. 3 angegebene Impulsfolge erscheint deren Impulspausen durch die Verzögerungszeit ti des

Verzögerungsgliedes f 1 des Verzögerungsgliedes 43 bestimmt sind. Während 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 Grenzwertmelders erscheinende, mit Vl bezeichnetes Signal ein L-Signal.

F i g. 4 zeigt den näheren Aufbau der Überwachungsschaltungen 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 Fig.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 Pi, P2 und P3 sind also sämtliche O-Signale, womit die ihnen zugeordneten Umschalter US sich sämtlich in der in F i g. 1 dargestellten Stellung befinden. Die Ausgangssignale der Norgatter 53 und 54 weisen dann jeweils ein L-Signal auf und bereiten demzufolge die Undgatter Ui, i/2, t/3 und t/7 zur öffnung vor. Gleichzeitig erhält der eine Eingang des Odergatters O 4 ein O-Signal, so daß am Ausgang desselben nur dann ein L-Signal anstehen kann, wenn ein mit R bezeichnetes Signal den Wert Null aufweist. Dies sei aber nur dann der Fall, wenn das in F i g. 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 Endstufen El, E 2 oder E3 geschaltet haben, d.h. ihre entsprechenden Ausgangssignale Ai, A 2 oder A 3 den Wert Null aufweisen und demzufolge die ihnen zugeordneten Magnetventile entregt sind. Dies erfordert aber, daß die Endstufen Ei, E2 oder £"3 eingangsseitig mit einem L-Signal beaufschlagt werden. Im Falle einer realen Drehzahlüberhöhung wird die von den Impulsgebern /1 —/3 gelieferte Frequenz den Sollwert übersteigen und deshalb an den Ausgängen der Grenzwertmelder G in den einzelnen Kanälen die Ausgangssignale Vl, V2 und V3 sämtlich mit L-Signalen anstehen, so daß jeweils in den einzelnen Kanälen am Ausgang des Undgatters i/6 und damit auch am Ausgang des Odergatters O 3 L-Signale erscheinen, was zur Schnellschlußbetätigung führt

Während des normalen Turbinenlaufes, d. h. solange sich die Turbinenfrequenz unterhalb des Sollwertes bewegt, erfaßt die Überwachungsschaltung auch sogenannte statische Fehler, wie z. B. defekte Endstufentransitoren oder einen Leitungsbruch in den Zuleitungen zu den Betätigungsspulen der Ventile 23—25. Ist z. B. der Impulsgeber /1 ausgefallen, dann wurden die Ausgangssignale FD12 und FD 31 der im Kanal I und III angeordneten Frequenzdifferenzglieder F L-Signale aufweisen, während das im Kanal II angeordnete Frequenzdifferenzglied ein OSignal liefern würde. Infolgedessen tritt am Ausgang des Undgatters i/2 ein L-Signal auf, welches über das Odergatter 01 und das Undgatter i/7 nach der Verzögerungszeit i3 einer Verzögerungsstufe 57 auf der Leitung 55 ein L-Signal erscheinen läßt, welches eine Abschaltung der Endstufe E1 bewirkt. Gleichzeitig wird dieser Fehlerfall mit einer Lampe 56 optisch angezeigt. Da das Ausgangssignal A 1 in diesem Fall O-Signal aufweist, wird nun auch am Ausgang des Undgatters i/3 ein L-Signal auftreten, so daß der Zustand des L-Signals auf der Leitung 55 gewissermaßen in Selbsthaltung geht und deshalb eine Anzeigelampe 56 dauernd diesen Zustand (Ersatzanregung) signalisieren wird, bis entsprechende Abhilfe erfolgt. Eine Auslösung des Schnellschlusses ist in diesem Falle nicht gegeben, da es hierzu das Abschalten noch einer weiteren Endstufe bedürfte.

Das Verzögerungsglied 57 hilft Fehlfunktionen zu vermeiden, die aufgrund des Umstandes 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 /1, / 2 und /3, nicht gleichzeitig vorliegen. So ist z. B. der Fall möglich, daß bei einer realen Drehzalüberhöhung das Ausgangssignal V1 des Grenzwertmelders 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 i/l ein Ausgangssignal abgibt welches ohne das Verzögerungsglied 57 über das Odergatter Oi, das Undgatter i/7, das Odergatter O2 und das Odergatter O3 eine Abschaltung der Endstufe Ei veranlassen könnte. Eine Abschaltung im Falle einer realen Drehzahlüberhöhung sollte jedoch ausschließlich über die Leitung 58 erfolgen. Dies wird durch die von dem Verzögerungsglied 57 bewirkte Signalverzögerung, welche zweckmäßigerweise in der Größenordnung einer Meßzykluszeit gewählt wird, sichergestellt.

Für eine Kanaleinzelprüfung, beispielsweise für die Prüfung des Kanals I wird die Taste Ti betätigt Der Betätigungseingang des Umschalters US im Kanal 1 erhält daher ein L-Signal, woraufhin der Grenzwertmelder G im Kanal I sowie die Frequenzvergleichsglieder in den Kanälen I und III mit einer über dem Sollwert liegenden Prüffrequenz fp\ beaufschlagt werden. Vl, FD12 und FD 31 weisen deshalb L-Signal auf, während V2, V3 und FD 23 0-Signale zeigen. Bei ordnungsgemäßer Funktion der Geräte im Kanal I müssen daher an den Ausgängen der Undgatter t/l. i/2 und t/3 L-Signale erscheinen, desgleichen am Ausgang des Undgatters i/4. Das Norgatter 54 und damit das Undgatter i/7 sind gesperrt Wenn also beide Eingänge

so des Undgatters i/5 mit L-Signalen belegt sind, ist dies ein Indiz dafür, daß die einzelnen Geräte des Überwachungskanals I intakt sind. Dieser Zustand wird nach einer, durch ein weiteres Verzögerungsglied 60 bewirkten Verzögerungszeit U, welche etwa der Signallaufzeit durch die erwähnten Gatter entspricht mittels eines Prüfspeichers 59 überprüft Sollte nach Erscheinen des Prüf signals Pi und nach Ablauf der Verzögerungszeit U des Verzögeningsgliedes 60 dieser Zustand nicht vorhanden sein, dann erscheint am Ausgang des Undgatters 175 ein 0-Signal und der Prüfspeicher 59 wird in die Lage gesetzt, daß an seinem mit einer Anzeigelampe 61 und dem Odergatter O 2 verbundener Ausgang ein L-Signal ansteht, welches dann über die Leitung 55 die Endstufe Ei abschalten wird, also eine »Ersatzanregung« bewirkt Diese Ersatzanregung, d.h. die dauernde Abschaltung eines als fehlerhaft erkannten Überwachungskanals verleiht der 2 aus 3-ÜberwachungsschaItung die Funktion einer

1 aus 2-Schaltung; es braucht nur noch ein Fehler in den restlichen zwei intakten Überwachungskanälen aufzutreten, um den Schnellschluß auszulösen. Dadurch wird die Sicherheit im Fehlerfall erheblich vergrößert.

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

Bei der Kanaidoppeiprüfung, beispielsweise der Kanäle I und H, nehmen die Signale P1 und P2 L-Signal an. Damit erscheinen in den Kanälen I und II an den Ausgängen der Norgatter S3 und 54 O-Signale, im Kanal III jedoch nur am Ausgang des Norgatters 54. Im Kanal III ist damit lediglich das Undgatter 7 gesperrt, nicht jedoch die Undgatter U1 — i/3. Da bei Doppelprüfung der Kanäle I und II FD23 und FD31 L-Signale und FD12 O-Signale aufweisen müssen, erscheint im Kanal III am Ausgang des Odergatters 01 bei ordnungsgemäßer Funktion der Frequenzvergleichsglieder das Signal KD 3 als L-Signal, 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, daß die Signale A 1 und A 2 O-Signale sind, während das Signal A 3 ein L-Signal ist. Für 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 65 optisch angezeigt und an der Ausgangsklemme 17 zur Weitermeldung eines positiven Ergebnisses der Kanaidoppeiprüfung ausgewertet werden kann. In analoger Weise findet die Kanaidoppeiprüfung bezüglich der Kanäle II und IH bzw. der Kanäle IH und I statt.

Durch diese zwei Prüfungsarten — Kanaleinzelprüfung und Kanaidoppeiprüfung — ist es möglich, die Funktion der Überdrehzahlschutzeinrichtung zu jeden Zeitpunkt zu überprüfen. Zweckmäßigerweise kann noch zusätzlich ein vierter (Reserve-)Überwachungskanal vorgesehen werden, so daß bei einem Defekt in einem der in Betrieb befindlichen Kanäle sofort auf diesen für die Zeit der Reparatur des defekten Kanals zurückgegriffen werden kann.

In F i g. 5 ist ein detailliertes Ausführungsbeispiel für die elektrohydraulischen Stellglieder 20—25 dargestellt.

Da die 2 von 3 Verknüpfung in der Ausführung der hydraulisch parallel eingebauten Ventile 23, 24 und 25 im Hilfsölkreis HO 1 liegt, besitzt jedes der hydraulischen Ventile 23, 24 und 25 als Vorsteuerung zwei Magnetventile 20a/20ö, 21 a/21 b und 22a/22b. Die Auslösung erfolgt nach dem Ruhestromprinzip, indem jedes Vorsteuermagnetventil 20a—22b im eingeschalteten Zustand Steueröl StO über ein zur Entkopplung vorgesehenes Rückschlagventil 66 auf das ihm zugeordnete federbelastete hydraulische Ventil 23—25 gibt, so daß der Rückfluß KFdes Hilfsöls HO 1 abgesperrt wird. Steuert eines der beiden einem hydraulischem Ventil zugeordneten Vorsteuermagnetventile, z. B. 20a oder 20b ab, so sperrt das Steueröl StO des zweiten Vorsteuermagnetventiles den Vorsteuerkreis des ersten Magnetventils über das Rückschlagventil 66 ab und hält weiterhin das hydraulische Ventil geschlossen. Erst wenn auch das zweite Vorsteuermagnetvenil spannungslos wird, schaltet das entsprechende hydraulische Ventil durch Hilfsöl und Federkraft um und verbindet den Hilfsölkreis HO 1 mit dem Rückfluß RF. Durch den Abbau des HilfsÖldruckes werden über mechanische Verstärker und Speicher in an sich bekannter Weise die Schnellschlußventile geschlossen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Drehzahlbegrenzungseinrichtung für eine Turbine mit drei aus elektronischen Bauelementen bestehenden Drehzahlüberwachungskanälen, denen als Drehzahlgeber jeweils eine mit der Turbinenwelle gekuppelte Impulsscheibe zugeordnet ist und welche über eine 2-von-3-Sicherheitsschaltung eine elektrohydraulische Schnellschlußbetätigung auslösen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsprüfung der Drehzahlüberwachungskanäle je ein Prüffrequenzgeber (7) vorgesehen ist, dessen Ausgang über gegenseitig verriegelbare Umschalter auf die Kanaleingänge schaltbar ist, wobei die gegenseitige Verriegelung in Abhängigkeit von der Stellung eines Zweiwegventils (30) aufgehoben wird, mit welchem das Schnellschlußventil an einen zweiten Betätigungsölkreis (HO 2) anschließbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale jedes Drehzahlgebers bzw. jedes Prüffrequenzgebers (7) einem jedem Kanal zugeordneten Grenzwertmelder (G) und zwei jeweils über Überwachungskanälen zugeordnete Frequenzvergleichsglieder (F) zugeführt sind, wobei die Ausgangssignale sämtlicher Grenzwertmelder und Frequenzvergleichsglieder den Eingängen von jeweils in einem Kanal angeordneten Überwachungsschaltungen (0) zugeführt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Grenzwertmelder einen digitalen Komparator (36) enthält zum Vergleich eines in binärer Form vorgegebenen SoHwertes (S) mit den von einem Verschlüßler (38) jeweils während einer bestimmten Anzahl (n) aufeinanderfolgenden Geberimpulsperioden ausgezählten Impulsen eines Impulsgenerators (45).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Überwachungsschaltung (0) einen Prüfspeicher (59) enthält, welcher einer die Ausgänge sämtlicher Grenzwertmelder, Frequenzvergleichsglieder und Überwachungsschaltungen überprüfenden Gatterschaltung (Ut-U₅, O_t) nachgeordnet ist und daß die Endstufe (E], £2, £3) jeder Überwachungsschaltung betätigbar ist vom Ausgangssignal (V₁, V2, V3) des ihrem Kanal zugeordneten Grenzwertmelders, im Falle der Funktionsprüfung ihres Kanals vom Ausgangssignal des Prüfspeichers und im übrigen vom Ausgangssignal (KD \,KD2, KD3) der Gatterschaltung.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (KDi, KD 2, KD 3) der Gatterschaltung und des Prüfspeichers (59) den Eingang der Überwachungsendstufe über eine Verzögerungsschaltung (57) beaufschlagen.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine bei der gleichzeitigen Funktionsprüfung zweier Kanäle vorgesehene Gatterschaltung, bestehend aus einem Norgatter (62). welches eingangsseitig mit den Ausgängen (Au A₂) der Überwachungsendstufen der beiden mit Prüffrequenz (fp) beaufschlagten Kanäle verbunden ist, aus einem ersten Undgatter (63) an dem eingangsseitig das Ausgangssignal (A 3) der Überwachungsendstufe und der Gatterschaltung (KD3) des dritten Kanals anliegt sowie aus einem zweiten Undgatter (64), das eingangsseitig mit dem Ausgang des

Norgatters sowie des ersten Undgatters verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei den Ablauf des Hilfsöls (HO 1) für das Schnellschlußventil freigebenden, federbelastete Kolben (23—25) vorgesehen und zur Vorsteuemng dieser Kolben jeweils zwei Magnetventile (20—22) vorgesehen sind, deren Spulen jeweils von den Ausgängen (A₁, A₂, A₃) zweier der drei Überwachungsschaltungen ^beaufschlagt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der zwei, jeweils einem federbelastetem Kolben zugeordneten Magnetventile ein Rückschlagventil (66) vorgesehen ist