DE2546995A1 - Fluidstroemungsregelungseinrichtung - Google Patents

Description

Dr. Horst Schüler PBARHRR ²⁰* ^Oktober

Patentanwalt ' ^ " Sehu/Vo/Rg

6 Frankfurt/Main 1

Niddastr. 52

3678-21-DSG-2349

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Fluidströmungsregelungseinr Lchtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Fluidströmungsregelungssysteme und im einzelnen auf solche Fluidströmungsregelungssysteme sowie -einrichtungen zum Steuern der Geschwindigkeit einer Brennstoff strömung zu einer Hilfsteuerung eines Dampfturbinenkessels.

Auf dem Gebiet der turbinengetriebenen Strom- bzw. Leistungserzeugungseinrichtungen wird die Temperatur der heißen Abgase einer Gasturbine manchmal dazu benutzt, die Verdampferschlangen eines Dampfturbinenkessels zu erhitzen, um Dampf zum Antreiben der Dampfturbine zu erzeugen. Die Temperatur dieser heißen Abgase wird ferner häufig durch Wärme von einer Hilfsfeuerungseinrichtung, wie einem Brenner, unterstützt, um die Erzeugung des Dampfes zum Antreiben der Turbine wirksamer zu steuern.

Aus ökonomischen Gründen werden bei LeistungserZeugungsanlagen vielfach Gas- und Dampfturbinen benutzt, wobei jede Turbine einen Generator zum Versorgen einer Last mit elektrischer Leistung aufweist. Die heißen Abgase von der Gasturbine, die normalerweise an die Umgebung abgegeben werden, werden zum Erhitzen des Dampfturbinenkessels benutzt. Im allgemeinen werden diese heißen Abgase in

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eine Wärmekammer oder -verteil/ abgegeben, die häufig als ein 'Verlustwärme-Wiedergewinnungsdampfgenerator¹ bezeichnet wird. Die in dieser Kammer angeordneten Hauptelemente sind eine Hilfsfeuerungseinrichtung bzw. ein Brenner und die Dampfturbinen-Verdampferschlangen des Kessels. Das Wasser vom Kessel zirkuliert durch die Verdämpferschlangen und wird von den heißen Abgasen erhitzt sowie als Dampf
zum Kessel zurückgeführt. Die Hilfsteuerungseinrichtung empfängt
Brennstoff für den Verbrennungsvorgang in der Kammer, um den Erhitzungsvorgang der Verdampferschlangen schneller zu gestalten, als es normalerweise durch eine Vergrößerung bezüglich der Temperatur der
Gasturbinenabgase möglich wäre. Es ist bekannt, daß eine Gasturbine nicht unmittelbar auf Zunahmen und Abnahmen des zugeführten Brennstoffs reagiert. Daher ändert sich auch nicht sofort die Temperatur der Gasturbinenabgase. Ferner könnte die Gasturbine bei ihrer maximalen Betriebskapazität laufen und keine ausreichende Wärme für den Dampfturbinenbedarf erzeugen. Daher erfüllt die Hilfsfeuerungseinrichtung den geforderten Bedarfsanstieg.

Die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung zu den Hilfsbrennern der Dampfturbinen dürfte bisher stets manuell oder halbautomatisch von
einer Turbinenbedienungsperson gesteuert worden sein. Die Bedienungsperson bestimmt durch Ablesen verschiedener Meßglieder zum
Überwachen des Leistungserzeugungssystems, wie der Lasterfordernisse und der Dampfturbinentemperaturen, wie weit ein Ventil zum Steuern der Brennstoffströmung zum Hilfsbrenner zu öffnen ist. Bei diesem Vorgang steuert sie manuell die erzeugte Dampfmenge zum Antreiben der Dampfturbine und damit die Ausgangsleistung des Dampfturbinengenerators .

Es ist ferner bekannt, daß Dampfturbinen erheblichen Belastungen,
beispielsweise mechanischen, thermischen, Vibrationsbelastungen
usw., ausgesetzt werden, wenn sie zu schnell belastet, entlastet,
hochgefahren oder abgebremst werden. Diese Belastungen können die
Turbinenlebensdauer erheblich vermindern. Wenn die Belastungen zu
stark werden, können sie einen katastrophalen Turbinenausfall begründen. Es wurde festgestellt, daß die manuelle Steuerung der
Hilfsfeuerung durch eine Bedienungsperson nachteilig ist, da dieser

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Vorgang keine Optimierung der Turbinenbelastungen zuläßt (beispielsweise unter kalten, warmen und heißen Bedingungen), um die Belastungen auf einem Minimum zu halten. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Geschwindigkeit, mit der der Dampf zur Turbine geleitet wird, ein direkter Faktor der Übung bzw. Erfahrung der Bedienungsperson ist.

Im Hinblick auf diese Nachteile ist es gemäß der Aufgabe der vorliegenden Erfindung erwünscht, eine Einrichtung zum automatischen Regeln der Brennstoffströmungsgeschwindigkeit für eine Hilfsfeuerung einer Dampfturbine bei allen Turbinenbetriebsbedingungen zu schaffen, wodurch die Turbinenbelastungen verringert und die Leistungsfähigkeit vergrößert sowie die Turbinenlebensdauer verlängert werden. Insgesamt soll die Fluidströmungsregelungseinrichtung verbesserte Betriebseigenschaften haben.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein kombiniertes gas- und dampfturbinengetriebenes Leistungserzeugungssystem zum Zuführen einer geregelten Leistung zu einer elektrischen Last über einen prozentualen Minimum- bis Maximum-Belastungsbereich (das heißt von einer Minimumleistung bis zu einer Maximumleistung) vorgeschlagen. Die Gasturbine kann der Last bis zu einem Maximum eines ersten Prozentbereiches Leistung zuführen. Die Gasturbine leitet ferner heiße Abgase zum Dampfturbinenkessel, um Dampf zum Antreiben der Dampfturbine zu erzeugen. Die Dampfturbine arbeitet über den gesamten Prozentbereich, und eine ihr zugeordnete Hilfsfeuerungseinrichtung arbeitet über einen zweiten Prozentbereich, um zusätzliche Wärme für den Dampfturbinenkessel zu bilden. Diese zusätzliche Wärme ermöglicht es, daß der Dampf bei ein oder mehreren programmierten bzw. ausgewählten Geschwindigkeiten erzeugt wird, wodurch die Dampfturbine in Verbindung mit der Gasturbine über den gesamten Prozentbereich Leistung an die Last liefern kann.

Die Steuerung bzw. Regelung des Systems erfolgt mittels Leistungsüberwachungssignalen, die die Gesamtleistung des Systems wiedergeben. Diese Signale werden mit einem Sollwert eines Leistungsbedarfssignals verglichen, das repräsentativ für den an die Last zu

liefernden Leistungswert ist. Dieser Vergleich führt zum Erzeugen eines Bedarfs- oder Referenzsignals, das die erwünschte Geschwindigkeit der an die Hilfsfeuerungseinrichtung abzugebenden Brennstoff- oder Fluidströmung angibt.

Das Referenzsignal steuert über den ersten Prozentbereich die Brennstoffströmung zur Gasturbine und wird auch mit einem Zumeßsignal verglichen. Das letztere wird ferner dazu benutzt, die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung zur Hilfsfeuerungseinrichtung zu steuern.

Die Änderungsgeschwindigkeit des Zumeßsignals ist nach Programm auswählbar, um die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung in Übereinstimmung mit den speziellen Turbinenbetriebsparametern oder -zuständen zu steuern. Die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung steigt oder fällt in Abhängigkeit vom Wert des Referenzsignals, bis die Referenz- und Strömungsgeschwindigkeitssignale gleich sind. Bei Gleichheit dieser beiden Signale werden das Strömungsgeschwindigkeitssignal und daher die Brennstoffströmungsgeschwindigkeit konstant. Ferner steuern bestimmte Minimum- und Maximumwerte des Strömungsgeschwindigkeitssignals minimale und maximale BrennstoffStrömungsgeschwindigkeiten zu der Hilfsfeuerungseinrichtung, wenn das Sollwert-Leistungsbedarfssignal oder die Leistungssignale bestimmte Werte übersteigen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - ein größeres Blockschaltbild einer beispielhaften turbinengetriebenen Generatoreinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - in einer detaillierten Darstellung die Kreise und Logikglieder zum automatischen Regeln der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs zu einer Hilfsfeuerungseinrichtung aus Figur 1 und

Figur 3 - eine graphische Darstellung zur Betriebsbeschreibung nach der vorliegenden Erfindung und zum Aufzeigen des Betriebes unter sich verändernden Betriebsbedingungen.

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Die Generatoreinrichtung gemäß der Übersichtsblockdarstellung aus Figur 1 weist eine Gasturbine Io und einen ihr zugeordneten Generator 12 auf, der von der Gasturbine über eine mechanische Verbindung 14 angetrieben wird. Beim Betrieb der Gasturbine schickt der Generator 12 seine Ausgangsleistung über ein oder mehrere Leiter 16 zu einer herlömmlichen Kraftwerkslast 18 des Typs, der allgemein in industriellen und häuslichen Leistungsverteilungsstationen zu finden ist.

Die Gasturbine Io ist herkömmlicher Bauart und nimmt in einem Kompressor atmosphärische Luft auf, die zu einem Brenner geleitet und mit Brennstoff von einer Brennstoffquelle gemischt wird, welche mit dem Verbrennungsglied über eine Leitung 2o und ein herkömmliches Regelventil 22 verbunden ist. Aus dem Brenner oder Verbrennungsglied werxiendie erhitzten Gase in einen Turbinenabschnitt der Gasturbine abgelassen und von diesem Abschnitt als heiße Abgase über einen Ablaß 2 4 in einen Abwärmewiedergewinnungs-Dampfgenerator geleitet, der in Figur 1 als HRSG bezeichnet ist und nachfolgend beschrieben wird.

Die dem Brenner der Turbine Io über das Ventil 22 zugeführte Brennstoffmenge wird mittels einer Ventilsteuerung 26 gesteuert, die entweder mechanisch oder elektrisch mit dem Ventil verbunden sein kann. Der Ventilantrieb 26 ist von bei Gasturbinenregelungseinrichtungen üblicher Bauart und empfängt an einem Leiter 28 ein elektrisches Eingangssteuersignal zum Steuern des Signals an seinem Ausgang. Dieses wiederum steuert das Ventil 22, um die geeignete Brennstoffmenge zum Verbrennungsglied zu führen.

Das Eingangssignal des Ventilantriebs 26 auf dem Leiter 28 kommt

\schalfcung
von einer Trenn- und Sk alier WgSl Jo. Diese ist als Trennetzwerk dargestellt, das aus einem Trenntransformator und einem Maßstabsverstärker von bei turbinengetriebenen Generatorsystemen herkömmlicher Bauart gebildet wird. Trennstufen dieser Art werden häufig benutzt, wenn es erwünscht ist, das Eingangssignal der Trennstufe von einer möglicherweise zugeordneten Gleichtaktspannung oder einem Rauschen zu befreien. Der Maßstabsverstärker ist einstellbar und

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wird dazu benutzt, eine Unterscheidung bezüglich des Durchgangs eines Signals von vorbestimmten^ Maximalwert durchzuführen. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Trenn- und Maßstabskreis 3o gemäß Figur 1 über einen Bereich von beispielsweise null Prozent (o %) bis fünfzig Prozent (5o %) arbeitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dieser Prozentsatz des Trennstufeneingangssignals (entspricht ο % bis 5o % der Gesamtsystemlasterfordernisse) zum Ventilantrieb 22 geleitet. So ist es ersichtlich, daß die Gasturbine ein Maximum von 5o % der Kraftwerkslast bewältigt. Um ein geeignetes Arbeiten zu erreichen, wird der Verstärker des Trenn- und Maßstabskreises so eingestellt, daß das Ausgangssignal für den Ventilantrieb 26 niemals einen Wert übersteigt, der mehr als 5o % der prozentualen Kraftwerkslasterfordernisse ausmacht, und zwar unabhängig vom Wert des Eingangssignals. Auf diese Weise empfängt die Gasturbine Io niemals mehr Brennstoff als erforderlich, um sie bis zu dem Punkt zu treiben, bei dem der Generator 12 mehr als 5o % der gesamten Ausgangsleistung zur Kraftwerkslast 18 schickt.

vtg Das Eingangssignal der Trenn- und Skalierungsschal! 3o gelangt als Bedarfssignal A über einen Leiter 32. Sein Wert oder seine Größe verändert sich von ο % (Minimum) bis loo % (Maximum) der Lasterfor^ dernisse der Kraftstation bzw. Stromversorgungsanlage. So ist es ersichtlich, daß der Trenn- und Maßstabskreis 3o dann, wenn der Wert des Bedarfssignals A größer als 5o % des Gesamtprozentbereiches wird, jeglichen Wert des Signals über 5o % absondert und die oberen 5o % an einer Betriebsbeeinflussung der Gasturbine Io hindert.

Die Einrichtung aus Figur 1 weist ebenfalls eine herkömmliche Dampfturbine 34 mit einem dieser zugeordneten Generator 36 auf, der über eine geeignete mechanische Verbindung 38 angetrieben wird. In ähnlicher Weise wie der Generator 12 schickt auch der Generator 36 Leistung über ein oder mehrere Leiter 4o zur Kraftwerkslast bzw. Stromversorgungslast. Die Dampfturbine ist von herkömmlicher Bauart und weist einen zugeordneten Kessel oder eine Kesseltrommel 42 auf. Das Wasser im Kessel wird zu Dampf erhitzt und über eine Leitung 44 zum Antreiben der Turbine 34 weitergeführt. Der Dampf ge-

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langt durch die Dampfturbine und zurück zur Kesseltrommel über verbindende Leitungen, einen Dampfkondensator 46 und eine Pumpe 48. Im Dampfkondensator 46 kondensiert der Dampf zu Wasser, das in den
Kessel zurückgepumpt und dort erneut erhitzt wird, um wieder als
Dampf zur Dampfturbine geleitet zu werden.

Es ist ferner eine zweite Pumpe 5o vorgesehen, um das Wasser von
der Kesseltrommel durch Verdampferschlangen 52 zum Erhitzen im HRSG zu pumpen. Dieses Wasser in den Verdampferschlangen wird im HRSG
einer variablen Erhitzung ausgesetzt und als Dampf zurück zur Kesseltrommel geleitet, um so die Menge und Geschwindigkeit der
Dampferzeugung durch den Kessel zu steuern. Bei der vorliegenden
Einrichtung wird die gesamte Wärme zum Erhitzen des Wassers im Kessel durch Wärmeleitung über die Verdampferschlangen von den Gasturbinenabgasen und von der zusätzlich gesteuerten Wärme einer Hilfsfeuerungseinrichtung oder entsprechender Brenner 54 geliefert.

Die Hilfsfeuerungsbrenner empfangen den Brennstoff mit einer vorprogrammierten oder ausgewählten Geschwindigkeit, so daß der Brennstoff bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit in die Hilfsfeuerungsbrenner strömen kann. Dadurch wird das Wasser im Verdampfer 52 mit einer entsprechenden Geschwindigkeit erhitzt, um so die Geschwindigkeit der Dampferzeugung zu steuern. Es ist die Veränderungsgeschwindigkeit der Brennstoffströmung in dem Hilfs- bzw. Zusatzfeuerungsbrenner nach der vorliegenden Erfindung, die genau gesteuert bzw. geregelt wird, um die auf eine Dampfturbine ausgeübten Belastungen zu verringern, indem der die Turbine treibende Dampf
gesteuert bzw. geregelt wird.

Der Brennstoff wird den Hilfsfeuerungsbrennern 54 über Leitungen 56 sowie 58 und eine herkömmliche variable Förderpumpe 6o eingegeben.
Die Geschwindigkeit, mit der der Brennstoff in die Hilfsfeuerungsbrenner 54 gepumpt wird, wird von einem Zumeßsignal an einem Leiter 64 von einem Pumpenantrieb bzw. einer Pumpensteuerung 62 gesteuert. Die letztere stellt einen herkömmlichen Kreis dar und ähnelt dem in Dampf- und Gasturbinensteuerungen verwendeten Ventilantrieb 26. Die Verwendung einer Pumpensteuerung 62 und einer variablen Förderpumpe

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6o gemäß Figur 1 stellt eine willkürliche Auswahl des Systementwicklers dar. Diese Glieder können auch durch eine Vorrichtung ersetzt werden, die dem Ventilantrieb 26 und dem Ventil 22 entspricht.

Der Pumpensteuerung 62 wird von einer Hilfsbrennstoffgeschwindigkeitssteuerung 68 ein Zumeß- oder Bedarfssignal B an einer Leitung 66 zugeleitet. Dieses Rückführungssignal wird mit dem zuvor erwähnten Bedarfssignal A verglichen, das als Referenzsignal dient. Das Bedarfssignal B folgt (tracks) dem Referenzsignal in einem Komparator innerhalb der Brennstoffgeschwindigkeitssteuerung, um eine Steuerung des Bedarfssignals B zu bewirken.

Das Bedarfssignal A wird einerseits der Trenn- und Sk a lie run gs\ und andererseits von einem Stationslastwächter 72 über einen Leiter 74 der Brennstoffgeschwindigkeitssteuerung 68 zugeleitet. Drei Eingangssignale, die als Sollwert am Leiter 75, als Dampfturbinenleistung

^leistung
(ST Watt) und als Gasturbine^ (GT Watt) bezeichnet sind, werden dem Stationslastregler zugeführt. Die ST Watt- und GT Watt-Signale werden dem Regler 72 über Leiter 76 und 78 von zwei entsprechenden Wattleistungswandlern 8o und 82 zugeführt. Die Wandler 8o und 82 sind herkömmlicher Bauart und erfassen die Größe der über die Leiter 4o und 16 zur Kraftstationslast 18 gelangenden Leistung. Diese Wandler erzeugen Ausgangssignale, welche die Größe der von den Generatoren 36 und 12 erzeugten Leistung wiedergeben. Die ST Watt- und GT Watt-Signale werden durch einen geeigneten Kreis im Stationslastregler 72 aufsummiert, um ein für die Gesamtleistung oder -wattzahl des Systems repräsentatives einziges Ausgangssignal zu erzeugen. Wie es noch in Verbindung mit Figur 2 erläutert wird, wird dieses Gesamtwattsignal in einem Differenzverstärker mit dem Sollwertsignal an der Leitung 75 kombiniert bzw. verglichen. Das Sollwertsignal kann entweder manuell von einer Bedienungsperson oder automatisch von einer anderen geeigneten und nicht dargestellten Steuerung eingegeben werden. Der Ausgang des Differenzverstärkers liefert das Bedarfssignal A. Dieses Signal stellt die Differenz zwischen den Signalen der Gesamtwattzahl und des eingestellten Sollwertes dar.

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Im Zusammenhang mit Figur 1 wird an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, daß nicht der gesamte Regelkreis zum Beeinflussen des Betriebes der Gasturbine Io dargestellt ist. Da dieser Kreis insbesondere nicht für den erfindungsgemäßen Betrieb wesentlich ist, wurde er zur Vereinfachung der Zeichnung fortgelassen. Normalerweise würde jedoch dieser Regel- bzw. Steuerkreis in den Leiter 28 zwischen den Trenn- und Maßstabskreis 3o und den Ventilantrieb 26 eingefügt werden, wobei das Signal am Leiter 28 in dem erwähnten Kreis mit anderen und für die Gasturbinenzustände repräsentativen Signalen kombiniert wird, um das geeignete Ausgangssteuersignal für den Ventilantrieb 26 zu erzeugen. Ein typischer Kreis zum Steuern oder Regeln einer Gasturbine der erfindungsgemäß benutzten Art ist in der deutschen Patentanmeldung P 19 12 383, die sich auf eine Gasturbinensteuerungs- bzw. -regelungseinrichtung bezieht, dargestellt und beschrieben.

Figur 2 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild den Stationslastregler 72 und den die Hilfsbrennstoffgeschwindigkeitssteuerung 68 aufweisenden Kreis. Der Stationslastregler 72 besteht aus einem Summiernetzwerk 84, das die Eingangssignale SG Watt und GT Watt von den Wandlern 8o und 82 aus Figur 1 empfängt. Wie zuvor beschrieben sind diese zwei Signale proportional zur Größe der von den Generatoren 36 und 12 an die Last 18 gelieferten Leistung. Das Summiernetzwerk 84 kann aus irgendeiner Anzahl herkömmlicher Suinmierungsverstärker oder Wandlervorrichtungen bestehen, bei denen Widerstände in Reihe mit ihren Sekundärwicklungen geschaltet sind, um ein Summierausgangssignal zu bilden, das die Gesamtwattzahl an einem Leiter 86 wiedergibt.

Das Gesamtwattsignal wird über einen Leiter 86 zu einem Differenz- und Integrationsverstärker 88 geleitet. Ein zweiter Eingang desselben ist mit einer als Potentiometer 9o dargestellten variablen Spannungsquelle verbunden. Das Potentiometer 9o liegt zwischen einem gemeinsamen und als Masse dargestellten Anschluß und einer Referenzspannung. Das Ausgangssignal des Potentiometers 9o ist zwischen Massenpotential und Referenzspannung einstellbar, um ein durch die Bedienungsperson einstellbares Sollwert-Eingangssignal

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über einen Leiter 92 zum Eingang des Differenzverstärkers 88 zu führen. Aus Darstellungsgründen und zur Vereinfachung der Zeichnung aus Figur 2 ist das Potentiometer 9o so dargestellt, daß es einen manuell einstellbaren Sollwerteingang des Verstärkers 88 bildet. Jedoch kann das Eingangssignal am Leiter 92 auch von einer entfernten Steuerspannungsquelle, wie über den Leiter 75 aus Figur 1, kommen. Dieser Sollwerteingang kann von außen üL.-r einen Computer oder über eine Nachrichtenverbindung zum Fernsteuern der Einrichtung gebildet werden. Der Zweck des Sollwerts besteht darin, daß die Bedienungsperson der Einrichtung das Potentiometer 9o im Bereich von ο % - loo % des Leistungswertes (beispielsweise Megawatt) einstellen kann, den die 2wei Generatoren 36 und 12 an die Last 18 liefern sollen. Das Sollwertsignal vom Potentiometer 9o wird durch den Verstärker 88 mit dem Signal für die Gesamtwattzahl verglichen, um ein Ausgangssignal (Bedarfssignal A) entsprechend der Differenz zwischen diesen zwei Signalen zu erzeugen, wobei das Ausgangssignal eine erwünschte Brennstoffströmungsgeschwindigkeit angibt. Wie zuvor erwähnt wird das Bedarfssignal A über den Leiter 32 an den Trenn- und Maßstabskreis 3o aus Figur 1 geliefert. Dieses Signal wird zum Ansteuern des Ventilantriebs 26 benutzt.

Das Bedarfssignal A gelangt auch über den Leiter 74 zu einem Trenn- und Maßstabskreis 9 4 der Brennstoffgeschwindigkeitssteuerung 68. Der Kreis 94 weist gemäß Darstellung einen Wandler und einen Maßstabsverstärker ähnlicher Art wie im Fall des Kreises 3o aus Figur 1 auf. Der Hauptunterschied zwischen den Kreisen 94 aus Figur 2 und 3o aus Figur 1 besteht darin, daß der erstere auf einen Betrieb von 5o % - loo % des prozentualen Lastbereichs der Einrichtung eingestellt ist. Das Ausgangssignal des Trenn- und Maßstabskreises 94 ist als Referenzsignal REF an einem Leiter 96 bezeichnet. Dieses Referenzsignal wird über einen Widerstand 98 sowie über eine Summierverbindung 99 und einen gemeinsamen Leiter 97 als ein Eingang zu jedem von zwei Vergleichsverstärkern loo und Io2 geführt. Der Verstärker loo ist ein nicht invertierender Verstärker, während der Verstärker Io2 gemäß der Anzeige durch einen Kreis Io3 an seinem Ausgang als Umkehrverstärker ausgebildet ist. An dem gemeinsamen Leiter 97 ist auch ein Rückführungs- oder Folgesignal ange-

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schlossen, das zuvor als Zumeß- oder Bedarfssignal B beschrieben wurde. Dieses Rückführungssignal gelangt über einen Widerstand Io4 und einen Rückführungsverstärker I06 an die Summierverbindung 99. Der Verstärker I06 empfängt das Bedarfssignal B als Eingangssignal über einen Leiter 7o und einen Widerstand I08. Der Verstärker I06 ist ein herkömmlicher Gleichstrom- oder Operationsverstärker mit einem normalen Rückkopplungswiderstand Ho zum Steuern der Gesamtverstärkung des Verstärkers. Die Summe der beiden durch die Widerstände 98 und Io4 zur Summierverbindung 99 fließenden Ströme bestimmt die Amplitude oder den Wert des den Eingängen der Vergleichsverstärker loo und Io2 über den Leiter 97 zugeführten Signals.

Die Amplitude des Signals am Leiter 97 schaltet die Verstärker loo und Io2 ein oder aus, um eine binäre 1 oder eine binäre ο zu erzeugen. Jeder der Verstärker loo und Io2 empfängt ein zweites Eingangssignal von jeweils einem Schwellwert/Totzonen-Potentiometer 112 und 114 zum Einstellen der Schwellwert- oder TotZonengrenzen für jeden Verstärker. Die Potentiometer 112 und 114 liegen jeweils zwischen einem negativen Potential (-V) und einem positiven Potential (+V). Das Potentiometer 112 ist so eingestellt, daß der Ver-

vChoher Wert)/ stärker loo ein binäres ¹I¹ oder UP-SignaIV erzeug t, wenn das REF-Signal über den Widerstand 98 die Rückführungsspannung oder den Strom durch den Widerstand Io4 übersteigt. Im Gegensatz zur Einstellung des Potentiometers 112 ist das Potentiometer 114 entsprechend eingestellt, um den Verstärker Io2 zum Erzeugen eines binä-

v(niedriger Wert)/

ren ¹I¹ oder DN-AusgangssignalsV zu veranlassen, wenn das Ruckführungssignal durch den Widerstand Io4 größer als das REF-Signal durch den Widerstand 98 ist. Daraus ergibt sich, daß immer dann, wenn die Spannung am Leiter 97 zwischen zwei vorbestimmten Werten schwankt (beispielsweise + o,4 Volt bis - o,4 Volt), wie es durch die Einstellungen der Potentiometer 112 und 114 festgelegt ist, die beiden Verstärker loo und Io2 in komplementärer Art entweder · leiten oder nicht leiten. Es ist wesentlich festzustellen, daß die Einstellungen der Potentiometer 112 und 114 zum Steuern der Einschalt- und Ausschaltschwellwerte der Verstärker loo und Io2 nahe genug beeinander liegen, um beide Verstärker gleichzeitig zum Er-

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zeugen binärer Ό' Signale zu veranlassen, wenn die REF- und Rückführungsströme bzw. -spannungen gleich sind (beispielsweise ο Volt).

Das üP-Signal vom Verstärker loo wird über einen Leiter 116 als ein Eingangssignal zu einem Torelement 12o geleitet. In ähnlicher Weise gelangt das DN-Signal vom Verstärker Io2 über einen Leiter 122 zum Tor 12o. Dieses ist als NOR-Tor dargestellt und an seinen UP- sowie DN- bzw. 'down'-Eingängen mit zwei Kreisen versehen. Diese Kreise zeigen an, daß eine Umkehrung der zu diesem Tor geführten Signale erfolgt. Wenn dem Tor 122 zwei binäre Ό¹ Signale eingegeben werden, erzeugt es ein binäres '1' Ausgangssignal. Der Ausgang des Tors 12o ist über einen Leiter 128 mit einem ersten Eingang eines 'OR' bzw. 'Oder' Tors 126 verbunden. Der Ausgang des Tors 126 bildet ein Einschalt/Abschalt-Ausgangssignal, das zu einer OEN-Eingangsklemme eines 12 bit Aufwärts/Abwärtszählers 13o geleitet wird. Das Einschalt/Abschaltsignal am Leiter 132 kann die Zustände entweder einer binären ¹I' oder einer binären Ό¹ annehmen und wird

i£e fähigen

dazu benutzt, den Zähler 13o zu^ und abzuschalten. Zum Befähigen des Zählers 13o zwecks Zählung einer binären Ό¹ wird das Signal am Leiter 132 zur OEN-Klemme geführt. Ein binäres ¹I¹ Signal sperrt den Zähler.

Der Aufwärts/Abwärtszähler 13o wird zum Zählen in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung gesteuert, und zwar in Abhängigkeit von einem binären '1' UP-Signal oder einem binären Ό' DN-Signal, das von einem Aufwärts/Abwärtsflipflop (UDF) 136 über einen Leiter 134 zu einer UP/DN-Eingangsklemme gelangt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die '1' UP- und Ό¹ DN-Signale von der Ausgangsklemme 1 des UDF Flipflops zum Zähler geführt werden. Wenn sich das UDF Flipflop in einem Einstellzustand befindet, veranlaßt ein binäres Ί' Signal (1 UP) den Zähler zu einem Aufwärtszählen. Im Rückstellzustand des Flipflops führt ein binäres Ό' Signal (o DN) am Leiter 134 zu einem Abwärtszählen des Zählers.

Das UDF Flipflop 136 befindet sich in Abhängigkeit vom Zustand des UP-Signals vom Verstärker loo entweder im Einstell- oder im Rückstellzustand. Wenn das UP-Signal eine binäre ¹I¹ ist, wird das UDF

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Flipflop durch Anlegen dieses signals an seine S- oder Setz- bzw. Einstelleingangsklemme gesetzt. Wenn das UP-Signal eine binäre Ό¹ ist, erfolgt eine Rückstellung des UDF Flipflops aufgrund der Umkehrung durch einen mit der UDF R (Rückstell) Klemme verbundenen Inverter 137.

Der Aufwärts/Abwärtszähler bzw. Vorwärs/Rückwärtszähler 13o weist ferner eine mit M/M bezeichnete Ausgangsklemme auf, um zumindest ein Ausgangssignal über einen oder mehrere Leiter 14o zu einem AND- bzw. Und-Tor 142 zu führen. Das Signal am Ausgang M/M des Zählers zeigt an, daß dieser entweder eine Minimum- oder eine Maximumzählung erreicht hat. Der Zähler enthält seine eigene Logik zum Erkennen einer Minimum- oder Maximumzählung und zum Erzeugen von entsprechenden Ausgangssignalen an Leitern 14o. Immer wenn das Und-Tor 142 erregt ist, nimmt sein Ausgangssignal den Zustand einer binären '1' an, die einem zweiten Eingang des OR- bzw. Oder-Tors 126 zugeführt wird. Wenn das Tor 126 durch ein binäres ¹I¹ MIN/MAX Signal am Leiter 144 erregt ist, stellt das Erregungs/Abschaltsignal am Leiter 132 eine den Zähler 13o sperrende binäre '1' dar. Der Zweck der MIN/MAX Erfassung am Ausgang des Zählers 13o ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der 12-bit-Zähler 13o ist in Figur 2 als Block dargestellt und enthält seine gesamte eigene Aufwärts/Abwärtssteuerlogik und MIN/MAX Erfassungslogik. Die Einzelheiten des Zählers.sind nicht dargestellt, da dieser Zähler handelsüblich und im ¹TTL Data Book For Design Engineers' von Texas Instruments, Inc., Copyright 1973, beschrieben ist. Der Zähler 13o besteht in Wirklichkeit aus drei integrierten 4-bit—Zählergliedern und ist in dem obigen Datenbuch als Type SN 174191 bezeichnet.

^Taktsignal¹),
Ein als Clock-ImpulssxgnalVCCP dargestelltes Anderungsgeschwindigkeitssignal wird einer Clockimpuls- bzw. CP-Eingangsklemme des Zählers 13o zugeführt, und zwar von einem Geschwindigkeitsauswahlkreis 148 über einen Leiter 146. Der Geschwindigkeitsauswahlkreis 148 stellt eine Auswahl- oder Programmeinrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit der dem Zähler 13o zugeführten CCP-Impulse dar.

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Durch Steuern der Geschwindigkeit der Taktimpulse ist es möglich, die Geschwindigkeit, mit der der Zähler I3o zählt, zu steuern..In der Ausführungsform aus Figur 2 wird diese Clockimpulsgeschwindigkeit durch den Ausgang eines frequenzvariablen, spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 15o bestimmt. Der Oszillator 15o ist ein herkömmlicher spannungsgesteuerter Oszillator, der gemäß Darstellung über einen gemeinsamen Leiter 152 ausgewählte Eingangsspannungen empfängt. Der Leiter 152 ist gemeinsam an ein Ende von jeweils drei Widerständen 154, 156 und 158 angeschlossen, die alle verschiedene Werte haben. Der Widerstand 154 erhält immer dann eine Spannung von einer Spannungsquelle V, wenn ein 'Kalt'-Schalter geschlossen ist. Der Wert des Widerstandes 154 bestimmt den dem Oszillator 15o zugeführten Spannungspegel, der den Oszillator dazu veranlaßt, in Abhängigkeit von dieser Spannung Ausgangsimpulse bei einer vorbestimmten Impulsgeschwindigkeit zu erzeugen. In ähnlicher Weise erhalten die Widerstände 156 und 158 die Eingangsspannung V über 'Warm'- und 'Heiß'-Schalter 162 und 164. Wenn jeder Schalter geschlossen ist, wird dem Oszillator über den Leiter 152 eine vorbestimmte Spannung zugeführt, die durch die Werte der entsprechenden Widerstände bestimmt ist und den Oszillator zum Erzeugen von Ausgangsimpulsen CCP veranlaßt, deren Geschwindigkeit bzw. Folgezeit durch den Wert der Spannung bestimmt wird.

Die Schalter im Geschwindigkeitsauswahlkreis 148 sind als manuelle Schalter dargestellt, die von einer Bedienungsperson der Einrich-. tung entsprechend den Systembetriebsparametern manuell betätigt werden können. Wenn beispielsweise die Dampfturbine im Kaltzustand betrieben wird, schließt die Bedienungsperson den 'Kalt'-Schalter 16o. Dies veranlaßt den Oszillator 15o zum Erzeugen von Ausgangsimpulsen beispielsweise relativ geringer Folgegeschwindigkeit, mit der der Aufwärts/Abwärtszähler zum Zählen veranlaßt wird. Nachdem die Dampfturbine eine zeitlang betrieben worden ist und die Bedienungsperson durch Ablesen festgestellt hat, daß die Dampfturbinenparameter einen Warmzustand erreicht haben, kann die Bedienungsperson den 'Warm'-Schalter schließen und den 'Kalt'-Schalter öffnen. Zu dieser Zeit beginnt der Oszillator 15o mit dem Erzeugen von Impulsen bei einer größeren Impulsfolgegeschwindigkeit. Nach

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~ ¹⁵ ~ 2.SAR⁰SPB

einer ausreichenden Aufwärmperiode kann die Bedienungsperson dann den 'Heiß'-Schalter schließen und den 'Warm'-Schalter öffnen, wodurch der Oszillator 15o Impulse bei einer noch größeren oder er-^ wünschten maximalen Impulsfolgegeschwindigkeit erzeugt.

Im Zusammenhang mit dem Geschwindigkeitsauswahlkreis 148 wird noch darauf hingewiesen, daß ein Relais 166 gemäß Darstellung mechanisch mit einem Satz zugeordneter 'Kalt'-Relaiskontakte 168 verbunden ist, die den 'Kalt'-Schalter 16o überbrücken. Die 'Kalt'-Kontakte 168 sind gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, daß der 'Kalt'-Schalter 16o durch einen automatischen Relaisschließkontakt 168 ersetzt werden kann. Die Kontakte 168 werden durch das Relais 166 gesteuert, das seinerseits von einem Temperaturfühler in der nicht dargestellten Dampfturbine gesteuert wird. Natürlich können für jeden der anderen Schalter 162 und 164 ein Relais und ein Kontaktsatz vorgesehen sein, wobei diese Teile injderselben Weise mit entsprechenden Temperatur- oder Parameterfühlern in der Dampfturbine verbunden sind. So ist es ersichtlich, daß die Einrichtung durch Austauschen der Schalter 12o, 162 und 164 mit entsprechenden Relais automatisch gesteuert oder programmiert werden kann, um den Oszillator mit von jedem der Widerstände 154, 156 und 158 festgelegten Geschwindigkeiten zu betreiben, wenn die entsprechenden Relaiskontakte schließen. Außerdem können die "Kalt¹-, 'Warm'- und 'Heiß'-Spannungen oder irgendeine andere Kombination hiervon von einem Prozeßrechner oder Steuerglied zum Oszillator I5o geleitet werden.

Der Zähler 13o erzeugt auch eine Vielzahl von digitalen Ausgangssignalen, die als o-ll Bits über Leiter 17o zu einem Digital/Analog (D/A) Umsetzer 172 geführt werden. Der D/A Umsetzer 172 ist herkömmlicher Bauart und dient zum Umsetzen von einen Digitalwert im Zähler 13o repräsentierenden Signalen in einen Analogwert, der Über einen Leiter 176 an einen Verstärker 174 angelegt wird. Der Verstärker 174 ist ein üblicher Operationsverstärker, der das analoge Ausgangssignal vom Umsetzer 172 verstärkt, um eine ausreichende Ansteuerung für die Pumpensteuerung 62 aus Figur 1 und für den Eingang eines Verstärkers Io6 zu bilden.

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? -S 4 B 9 9 R

Vor einer Betriebsbeschreibung ist erneut darauf hinzuweisen, daß der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Änderungsgeschwindigkeit der Fluid- oder Brennstoffströmung zur beispielhaften Hilfsfeuerungseinrichtung 54 aus Figur 1 zu steuern bzw. zu regeln, um die auf den Verdampfer 52 ausgeübte Wärmemenge zu steuern bzw. zu regeln. Hierdurch wird die Geschwindigkeit, mit der der Dampf im Kessel 42 erzeugt wird, gesteuert bzw. geregelt. Wie es bereits zuvor erwähnt wurde, verringert diese gesteuerte oder geregelte Geschwindigkeit die bei Dampfturbinen auftretenden Belastungen.

Vor einer weiteren Betriebsbeschreibung wird es als zweckmäßig erachtet, den grundsätzlichen Betrieb nach der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf Figur 3 zu erläutern. Figur 3 ist ein beispielhaftes Arbeitsschaubild oder eine graphische Darstellung, woraus ersichtlich ist, wie das Rückführungs- oder Zumeß-Bedarfssignal B dem Referenzsignal REF in zeitlicher Abhängigkeit folgt. Aus Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß sich das REF-Signal am Ausgang des Trenn- und Maßstabkreises 94 in Abhängigkeit vom Bedarfssignal A ändert. Typische Änderungen des REF-Signals sind beispielsweise mit der durchgezogenen Kurve a aus Figur 3 wiedergegeben. Die gestrichelten Kurven b, c und d aus Figur 3 zeigen an, wie das Bedarfssignal B am Ausgang des Verstärkers 174 aus Figur 2 dem REF-Signal bei verschiedenen Dampfturbinen-Betriebsbedingungen folgt. Die Kurven b, c und d zeigen diesen Folgevorgang bei 'Kalt¹-, "Warm¹- und 'Heiß'-Bedingungen der Dampfturbine. Es ist wesentlich festzustellen, daß das Bedarfssignal B langsamer als das REF-Signal steigt, wenn das letztere einer schnellen Änderung unterliegt. Ferner wächst das Bedarfssignal B langsamer im kalten Zustand als im warmen oder heißen Zustand der Dampfturbine. Diese Dämpfung und Veränderlichkeit der Änderungsgeschwindigkeit des Bedarfssignals B bei verschiedenen Turbinenbetriebsbedingungen sowie bei schnellen Änderungen im REF-Signal führt zu einer wirksamen Verringerung der Turbinenbelastungen infolge genauer Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 aus Figur 1.

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Figur 3 zeigt ferner, wie das Bedarfssignal ß dem REF-Signal folgt, wenn das letztere wie zwischen den Punkten 177 sowie 179 und 184 sowie 185 relativ konstant ist. Zwischen den Punkten 178 sowie 179 und I8o sowie 182 ist ferner gezeigt, wie das Bedarfssignal dem REF-Signal bei relativ langsamen Änderungen desselben folgt. Nachfolgend wird in Verbindung mit Figur 2 beschrieben, wie das Bedarfssignal B dem REF-Signal folgt.

Kleine oder schnelle Änderungen im REF-Signal können bei entsprechenden Änderungen der dem Regler 72 zugeführten GT- oder ST-Wattsignale oder immer dann auftreten, wenn die Bedienungsperson eine Änderung am Sollwertpotentiometer 9o vornimmt. Eine schnelle Änderung im REF-Signal tritt am häufigsten dann auf, wenn der Sollwert sehr schnell über einen großen Bereich vergrößert oder verkleinert wird, wie es zwischen den Punkten 178 sowie 181 oder 182 sowie 184 aus Figur 3 dargestellt ist.

Bei der folgenden Beschreibung wird auf die Figuren 1, 2 und 3 Bezug genommen. In den Systemen oder Einrichtungen der beschriebenen Art ist es üblich, zunächst die Gasturbine Io hochzufahren und anzuschließen, wodurch der Generator 12 an die Stationslast 18 Leistung liefert. Wie es in Figur 1 dargestellt ist, erwärmen beim Gasturbinenbetrieb die heißen Abgase den Verdampfer 52, um den Kessel auf die Dampftemperatur zu bringen. Nachdem die Kesseltemperatur auf eine geeignete Betriebstemperatur hochgefahren ist, werden verschiedene nicht dargestellte Steuerventile zum Betreiben der Dampfturbine geöffnet, um der Turbine Dampf zuzuführen. Wenn die Dampfturbine anfänglich in Betrieb gesetzt worden ist, befindet sie sich noch in kaltem Zustand (das heißt nicht auf ihrer normalen Betriebstemperatur) .

Es wird nunmehr angenommen, daß beide Turbinen laufen, wobei sich die Dampfturbine noch in kaltem Zustand (Schalter 16o ist geschlossen) befindet. Die Generatoren 12 und 36 liefern dabei Leistung an die Stationslast 18.- Die beiden Wandler 8o und 82 bilden ST- und GT-Wattsignale an den Leitern 76 und 78, wobei diese Signale zum Summierkreis 84 gelangen. Wie es zuvor beschrieben wurde.

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" ¹⁸ " 2 5 4R995

stellt der Ausgang des Summierkreises ein Signal dar, das repräsentativ für die der Stationslast 18 zugeführte Gesamtleistung des Systems ist. Das Gesamtwattsignal am Leiter 86 wird nunmehr zusammen mit dem Sollwertsignal vom Potentiometer 9o zum Differenzverstärker 88 geleitet.

Beim Starten der Einrichtung wird der Sollwert normalerweise auf einen relativ kleinen Wert von beispielsweise 5 % eingestellt, obwohl dieses nicht notwendig ist. Als Ergebnis stellt sich ein relativ kleiner Wert des Bedarfssignals A ein (gleich 5 % und weniger als 5o %). Zu dieser Zeit wird kein Brennstoff zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 geleitet. Die gesamte Wärme für den Verdampfer 52 wird von dem Gasturbinenabgas gebildet. Die Dampfturbinen- und Gasturbinengeneratoren liefern zu dieser Zeit beide Leistung an die Last. Wenn die Bedienungsperson mit der Vergrößerung des Sollwerts von 5 % bis 5o % fortfährt, werden die Generatorausgangsleistungen beider Gas- und Dampfturbinen entsprechend vergrößert. Wenn der Sollwert 5o % (das heißt die maximale Ausgangsleistung des Gasturbinengenerators) erreicht, beginnt die Zuführung des Brennstoffs zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54, um mehr Dampf für die Dampfturbine zu bilden, so daß diese den zusätzlichen Leistungsbedarf über 5o % abdecken kann. Wie es zuvor beschrieben wurde, sind es die Änderungsgeschwindigkeit und der Wert des der Pumpensteuerung 62 (Figur 1) zugeführten Bedarfssignals B, was die Geschwindigkeit des Brennstofflusses zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 über die Pumpe 6o steuert bzw. regelt.

Um nunmehr den Betrieb der die Hilfsbrennstoffgeschwindigkeitssteuerung 68 aus Figur 2 aufweisenden Logik und Kreise zu verstehen, ist es erwünscht, den Betrieb bei grundsätzlich vier Zuständen zu analysieren. Zustand X - der Sollwert ist kleiner als 5o%; Zustand 2 - die REF- und Rückführungssignale am Punkt 99 sind gleich groß; Zustand 3 - das REF-Signal ist größer als das Rückführungssignal; Zustand 4 - das Rückführungssignal ist größer als das REF-Signal.

Für den ersten Zustand wird angenommen, daß beide Turbinen im Betrieb sind und daß der Sollwert (Potentiometer 9o) auf einen Wert

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von weniger als 5o % eingestellt ist. Demzufolge befindet sich das REF-Signal vom Trenn- und Maßstabskreis 94 auf seinem Minimumoder Nullwert. Wenn anfänglich Leistung an den Kreis aus Figur 2 angelegt wird, ist ferner der Wert des Rückführungssignals unbekannt und kann irgendeinen Wert zwischen dem Minimum und Maximum annehmen. Dies trifft aufgrund der Tatsache zu, daß der Zähler 13o beim anfänglichen Zuführen von Leistung irgendeine Zählung aufweisen kann, so daß das Bedarfssignal B am Leiter 7o dazu veranlaßt wird, den Wert anzunehmen, der vom D/A Umsetzer bzw. Wandler 172 bestimmt wird. Dies ist jedoch bedeutungslos, da das System selbststabilisierend ausgebildet ist, wie es nachfolgend erläutert wird.

Wenn angenommen wird, daß der Zähler 13o eine Minimalzählung aufweist (alles binäre Ό¹ Signale), befindet sich das Zumeßsignal am Ausgang des Verstärkers 174 auf seinem Minimum oder Nullwert. So sind die REF- und RückführungsSignaIe an der Verbindung 99 im wesentlichen gleich, um sich gegeneinander aufzuheben und für alle praktischen Zwecke den Verstärkern loo sowie Io2 ein Signal von null Volt zuzuführen. Das einen niedrigen Wert annehmende Signal am Leiter 97 veranlaßt den Verstärker loo zum Sperren und den Verstärker Io2 zum Durchschalten. So erzeugt jeder Verstärker ein binäres ¹O¹ Ausgangssignal an den zugeordneten Leitern 116 und 122.

Wenn sich die UP- und DN-Signale beide auf einem Wert einer binären •o¹ befinden, ist das Tor I2o erregt, und es führt ein binäres ¹I¹ Sperreingangssignal zur OEN-Klemme des Zählers I3o. Ferner veranlaßt das binäre Ό¹ UP-Signal eine Rückstellung des UDF Flipflops 136. Der Zähler ist ferner durch das binäre ¹I¹ MIN/MAX Signal vom jetzt erregten ünd-Tor 142 gesperrt. Der Zähler kann keine Zählung vornehmen, bis das REF-Signal ausreichend weit ansteigt, um den Verstärker loo durchzuschalten.

Beim Zustand 1 wird nunmehr ferner angenommen, daß der Zähler 13o beim anfänglichen Anschalten der Leistung einen anderen Zählwert als Null aufweist. Bei dieser Bedingung nimmt das Rückführungssignal vom Verstärker 174 einen Wert an, der proportional zum Zählwert im Zähler 13ö ist. Das Rückführungssignal ist nunmehr größer als

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- 2ο -

? 5 4 R 9 9 R

das REF-Signal. Die Spannung am Leiter 9 7 ist jetzt ausreichend negativ, so daß der Ausgang des Verstärkers Io2 den Wert einer binären ¹I' und der Ausgang des Verstärkers loo den Wert einer binären Ό¹ annehmen können (das heißt beide Verstärker sind gesperrt).

Das binäre '1' UP-Signal sperrt das Tor 12o, wodurch das Sperrsignal am Leiter 132 entfällt. Das Tor 142 ist zu dieser Zeit nicht erregt, da sich der Zähler nicht auf einem Minimum oder Maximum befindet. Ferner veranlaßt das binäre Ό¹ UP-Signal eine Rückstellung des UDF Flipflops 136, wodurch der Zähler abwärts zählen kann.

Wenn der Zähler jetzt zu einer Abwärtszählung vorbereitet ist, veranlassen die Clockimpulse CCP den Zähler zu einem Zählen nach Null, und zwar mit einer vom Oszillator I5o bestimmten Geschwindigkeit. Bei jedem kleiner werdenden Zählwert des Zählers 13o nimmt die Rückführungsspannung (Bedarfssignal B) entsprechend ab. Wenn die Rückführungsspannung der REF-Spannung entspricht, tritt eine Auslöschung bzw. Aufhebung auf, wie es zuvor beschrieben wurde. Dadurch werden beide Verstärker loo und Io2 dazu veranlaßt, an ihren Ausgängen binäre Ό¹ Ausgangssignal (UP und DN) zu erzeugen. Die binären Ό¹ UP- und DN-Signale sperren den Zähler 13o, wie es zuvor beschrieben wurde, wodurch das Bedarfssignal B auf seinem Minimum oder Nullwert gestoppt bzw. gehalten wird.

Der grundsätzliche Zustand 2 wurde bereits unter 1 oben beschrieben (es handelt sich um den Betrieb der Brennstoffgeschwindigkeitssteuerung, wenn die REF- und Rückführungssignale gleich sind und Minimumwerte annehmen). Die Verstärker loo und Io2 erzeugen jeweils ein binäres Ό¹ Ausgangssignal, wenn diese zwei Signale unabhängig von ihren Werten gleich sind. Dies trifft deshalb zu, weil sich gleiche Ströme an der Verbindung 99 stets aufheben, so daß jedem der Verstärker Signale von im wesentlichen null Volt zugeführt werden.

Es wird nunmehr der Zustand 3 betrachtet, wobei das REF-Signal größer als das Rückführungssignal ist. Dieser Zustand kann jederzeit auftreten, wenn die Bedienungsperson die Sollwertspannung

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? R 4 R 9 9 R

(Potentiometer 9o) auf einen neuen Wert über 5o % vergrößert und wenn sich der Zähler auf einem Zählwert befindet, aufgrund dessen das Rückführungssignal kleiner als der neue viert ist. Wenn die Sollwertänderung eine schnelle Vergrößerung ist, ändert sich das REF-Signal gemäß der Darstellung im Beispiel aus Figur 3 vom Punkt 178 zum Punkt 181. Diese Vergrößerung im REF-Signal übersteigt den Wert des Rückführungssignals, und beide Verstärker loo sowie Io2 werden zum Durchschalten veranlaßt. Der Verstärker loo erzeugt nun ein binäres ¹I¹ UP-Signal, während der Verstärker Io2 (aufgrund der Umkehrung) ein binäres Ό¹ DN-Signal bildet.

Das binäre ¹I¹ UP-Signal hindert das Tor 12o von einer Erregung bzw. Durchschaltung, so daß uer Zähler 13o erregt wird. Auch wird das UDF Flipflop 136 gesetzt. Nach dem Setzen steuert das ¹I¹ UP-Signal am Leiter 134 den Zähler so, daß dieser in Abhängigkeit von den Oszillatorimpulsen CCP mit der Aufwärtszählung beginnt. Diese Zählung wird mit einer vom Oszillator 15o bestimmten Geschwindigkeit fortgesetzt, die durch den geschlossenen 'Kalt'-Schalter 16o festgelegt ist. Einleitend wird erneut darauf hingewiesen, daß dieser Schalter 16o als geschlossen angenommen wurde. Beim Aufwärtszählen des Zählers 13o vergrößert sich das Bedarfssignal B an den Leitern 7o und 66 wesentlich langsamer als das REF-Signal. Ein Vergleich des REF-Signals und des Bedarfssignals B unter diesen Bedingungen ist durch die Kurven a und b aus Figur 3 dargestellt. Es ist das Bedarfssignal B (Kurve b), das als Zumeßsignal zur Pumpensteuerung 62 (Figur 1) geleitet wird, um die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 über die Pumpe 6o zu steuern.

Der Zähler 13o setzt das Zählen bis zum Erreichen seiner Maximalzählung oder solange fort, bis das Rückführungssignal (Bedarfssignal B) an der Verbindung 9o eine gleiche Größe wie das REF-Signal hat. Wenn diese beiden Signale gleich sind, tritt an der Verbindung 9o eine Aufhebung auf, und das Zählen des Zählers wird unterbunden. Wenn jedoch der Zähler 13o seine Maximalzählung erreicht, bevor das Rückführungssignal gleich dem REF-Signal ist, wird der Zähler über die Tore 126 und 142 gesperrt, die bei dieser Maxima!zählung erregt

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werden. Es ist nunmehr ersichtlich, daß die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung (infolge der Erfassung der Minimum- und,Maximumzählung) programmierte Grenzen zum Steuern der Geschwindigkeit der Brennstoffströmung zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 besitzt.

Und schließlich ist der Zustand 4 zu betrachten, bei dem angenommen wird, daß das Rückführungssignal an der Verbindung 9o größer als das REF-Signal ist. Unter Bezug auf Figur 3 ist es ersichtlich, daß dieser Zustand auftritt, wenn das REF-Signal (a) schnell abfällt, beispielsweise vom Punkt 182 zum Punkt 184. Bei dieser schnellen Signalabnahme wird das Signal am Leiter 97 ausreichend negativ (beispielsweise -o,4 Volt), um die Verstärker loo und Io2 zu veranlassen, entsprechend binäre Ό¹ und ¹I¹ Signale zu erzeugen. Durch diese komplementären UP- und DN-Eingangssignale wird das Tor 12o gesperrt, und das UDF Flipflop 136 wird nunmehr durch das binäre Ό¹ UP-Signal zurückgestellt, das seiner Rückstelleingangsklemme R zugeführt wird. Bei rückgestelltem UDF Flipflop 136 und gesperrtem Tor 126 beginnt der Zähler 13o mit der Abwärtszählung in Abhängigkeit von den CCP-Impulsen.

Ein Vergleich zwischen der kleinen Abnahmegeschwindigkeit des Rückführungssignals (Bedarfssignal B) gegenüber der schnellen Abnahme des REF-Signals ist durch die Kurven a und b aus Figur 3 dargestellt, wo die Kurve a vom Punkt 182 zum Punkt 184 und die Kurve b (Rückführungssignal) vom Punkt 182a zum Punkt 185a abfällt. Diese Abnahmeänderung im Bedarfssignal B begründet nunmehr eine Abnahme der Geschwindigkeit der Brennstoffströmung zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54, und zwar mit einer an die Neigung der Kurve b zwischen den Punkten 182a und 185a angepaßten Geschwindigkeit.

Der Zähler 13o wird erneut gesperrt, wenn er seine Minimumzählung erreicht und über die Tore 126 sowie 142 angesteuert wird oder wenn das folgende Rückführsignal gleich dem REF-Signal wird. In jedem Fall bleibt das Bedarfssignal 3 gemäß der Darstellung zwischen den Punkten 185a und 186 konstant, wenn der Zähler 13o den Zählvorgang unterbricht.

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Es ist noch ein Punkt in Verbindung mit dem Betrieb aus Figur 2 zu erläutern, und hierbei geht es um die Frage, wie der Zähler 13o zu einem Zählen veranlaßt wird, wenn er seinen Minimum- oder Maximumwert einnimmt. Aus Figur 2 scheint es sich zu ergeben, daß der Zähler 13o ständig über die Tore 126 und 142 gesperrt ist, wenn sich der Zähler auf seinem Minimum- oder Maximumwert befindet. Jedoch hebt eine nicht dargestellte Logik im Inneren des Zählers 13o sofort das Sperrsignal am Leiter 132 auf, und zwar nach dem folgenden Ausdruck, den diese Logik bildet:

M/M = (CTR MAX · 1 UP) + (CTR MIN . O DN)

In dem obigen Ausdruck gibt M/M die Ausgangssignale (Minimum- oder Maximumzählung) wieder, die über den oder die Leiter I4o zum ünd-Tor 142 gelangen. Der Ausdruck CTR MAX spezifiert die Maximumzählung des Zählers (dabei enthält er nur binäre ¹I¹ Signale), während der Ausdruck CTR MIN die Minimumzählung des Zählers wiedergibt (alles binäre Ό¹ Signale). Die ¹I¹ UP- und Ό¹ DN-Ausdrücke beinhalten den Zustand des UDF Flipflops 136 (Leiter 134) zum Steuern der Zählrichtung des Zählers 13o. Im Betrieb ist eine Sperrung des Zählers erwünscht, wenn dieser seine Maximum- oder Minimumzählung erreicht. Dies ergibt sich daraus, daß der Zähler ohne eine solche Sperrung bloß an seiner Minimum- oder Maximumzählung wendet und die Zählung fortsetzt. Dies ist ein unerwünschter Zustand, da die Brennstoffströmungsgeschwindigkeit, wenn sie sich auf ihrem Minimum- oder Maximumwert befindet, auf diesem Wert gehalten werden sollte, bis das REF-Signal eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Brennstoffströmungsgeschwindigkeit angibt. Wenn sich der Zähler auf seiner Maximumzählung befindet, sollte ein Abwärtszählen möglich sein. Und wenn er sich auf seiner Minimumzählung befindet, sollte eine Aufwärtszählung möglich sein. Dies ergibt sich aus dem obigen Ausdruck unter der Annahme, daß das dem UDF Flipflop 13 6 zugeleitete UP-Signal eine dieses Flipflop setzende binäre ¹I¹ ist. Ein binäres ¹I¹ UP-Signal am Leiter 134 befähigt den Zähler zum Aufwärtszählen. Es sei ferner angenommen, daß sich der Zähler auf einem Minimum befindet, so daß die M/M Ausgangssignale am Leiter I4o entfallen (binäre Ό¹ Signale), wodurch das Und-Tor 142 gesperrt wird. Das Tor 12o ist ebenfalls gesperrt, so daß beide Eingänge des Oder-

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" ²⁴ "■ -7 5 4R99R

Tors 126 binäre Ό¹ Signale empfangen. Demzufolge gelangt eine binäre Ό¹ über den Leiter 132 zur OEN-Klemme des Zählers 13o, der jetzt mit einer von den CCP-Impulsen des Oszillators 15o bestimmten Geschwindigkeit aufwärts zählt. Aus dem obigen Ausdruck ist es ferner ersichtlich, daß der Zähler 13o von seinem Maximum abwärts zählt, wenn das UDF Flipflop 136 durch ein binäres Ό¹ üP-Signal am Leiter 116 zurückgestellt ist.

Der erfindungsgemäße Betrieb wurde beschrieben, und es wurde gezeigt, wie das Folge- oder Zumeßsignal (Bedarfssignal B) dem REF-Gignal folgt und die BrennstoffStrömungsgeschwindigkeit zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 steuert, wenn sich die Dampfturbine in einem kalten Betriebszustand befindet. Der Betrieb der Einrichtung ist der gleiche wie der zuvor beschriebene, wenn sich die Dampfturbine im warmen oder heißen Zustand befindet. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Rückführungssignal bei diesen anderen ausgewählten Zuständen dem REF-Signal mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit folgt. Wenn beispielsweise der Schalter 162 geschlossen ist, erzeugt der Oszillator 15o Impulse mit einer grösseren Folgegeschwindigkeit als bei geschlossenem Schalter 16o für den kalten Zustand. Diese größere Zählgeschwindigkeit führt dazu, daß das Rückführungssignal gemäß der Darstellung durch die Kurve c aus Figur 3 mit einer größeren Geschwindigkeit ansteigt oder abfällt. Wenn die Schalter 16o und 162 für die kalten und warmen Zustände geöffnet und der Schalter 164 für den heißen Zustand geschlossen sind, liefert der Oszillator 15o an den Zähler 13o Impulse mit einer sehr viel größeren Folgegeschwindigkeit, Die Kurve d aus Figur 3 zeigt, wie das Zumeßsignal (Bedarfssignal B) mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit ansteigt oder abfällt, um die BrennstoffStrömungsgeschwindigkeit zur Hilfsfeuerungseinrichtung 54 zu steuern. Der Grund dafür, daß der Brennstoff bei zunehmender Turbinentemperatur mit zunehmend größeren Geschwindigkeiten zur Hilfsfeuerungseinrichtung geführt werden kann, besteht darin, daß größere Dampfdrücke und eine schnellere Dampfbewegung bei höheren Betriebstemperaturen zu kleineren Belastungseinflüssen auf die Turbine führen.

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? R 4 R 9 9 R

Zusammenfassend ist es ersichtlich, wie die Geschwindigkeit einer Brennstoffströmung zu einer HiIfsfeuerungseinrichtung einer Dampfturbine automatisch gesteuert bzw. geregelt wird. Dies geschieht durch ein Programmieren verschiedener Impulsfolgegeschwindigkeiten für einen Zähler, dessen Ausgangssignale einen Digital/Analog-Wandler ansteuern, um ein Zumeß- bzw. Bedarfssignal zu erzeugen, dessen Änderungsgeschwindigkeit von der Zählergeschwindigkeit bestimmt wird. Diese programmierte Geschwindigkeit wird in der dargestellten Ausführungsform in beispielhafter Weise durch drei Schalter bewirkt, die die kalten, warmen und heißen Betriebsparameter oder -zustände der Dampfturbine wiedergeben. Jedoch kann die programmierte Geschwindigkeit auch automatisch gemäß Figur 2 durch Temperaturfühler in der Dampfturbine gebildet werden, die Relaiskontakte steuern, welche in Verbindung mit den Schaltern für die kalten, warmen und heißen Zustände arbeiten oder diese Schalter ersetzen. Ferner können diese Schalter auch durch Logikelemente ersetzt werden, beispielsweise durch Flipflops oder Logiktore in Verbindung mit einem die Einrichtung steuernden Rechner.

Der Oszillator 15o des Geschwindigkeitsauswahlkreises 148 aus Figur 2 ist bloß eine beispielhafte Einrichtung zum Steuern der programmierten Geschwindigkeit der dem Zähler I3o zugeführten Impulse. Es gibt viele andere Oszillatorarten, die zum Erzeugen dieser programmierten Impulse benutzt werden können. Beispielsweise könnte ein üblicher, freilaufender Multivibrator benutzt werden, der auf einer vorbestimmten Nennfrequenz arbeitet und umschaltbare RC-Komponenten aufweist, die zum Steuern der Oszillatorfrequenz mit seinen Eingängen und/oder Ausgängen verbunden sind.

- Patentansprüche -

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Leistungserzeugungseinrichtung mit einer Vorrichtung zum Steuern ■ bzw. Regeln der Geschwindigkeit einer Brennstoffströmung zu einer Hilfsfeuerung einer Dampfturbinen-Leistungserzeugungsanordnung, gekennzeichnet durch eine Hilfsfeuerungseinrichtung (54) zum Aufnehmen von Brennstoff bei einer abgemessenen Strömungsgeschwindigkeit zum Erhitzen eines Dampfkessels (42) der Dampfturbine (34), durch Mittel (6o, 62, 68) zum Abmessen der Strömungsgeschwindigkeit zur Hilfsfeuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einem zugeführten Zumeßsignal (B), durch eine Lastregel- bzw. -überwachungseinrichtung (72) zum Aufnehmen von Leistungssignalen (ST, GT), die für die der Last (18) zugeführte/; Leistung repräsentativ sind, wobei die Lastüberwachungseinrichtung Mittel (9o, 88) zum Bilden eines Sollwertsignals für die an die Last zu liefernde Leistungsmenge und zum Erzeugen eines ausgangsseitigen Bedarfssignals (A) aufweist, das die Differenz zwischen den Leistungs- und Sollwertsignalen wiedergibt und eine erwünschte Geschwindigkeit der Brennstoffströmung anzeigt, ferner durch auf das Bedarfssignal (A) und das Zumeßsignal (B) ansprechende Vergleichsmittel (99, loo, Io2) zum Erzeugen eines Ausgangssignals beim Auftreten einer Differenz zwischen diesen Signalen und durch Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel (13o) zum Erzeugen des Zumeßsignals (B) sowie zum Verändern seines Wertes in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Vergleichsmittel, wobei diese Signalerzeugungsmittel auf ein zugeführtes Ä'nderungsgeschwindigkeitssignal (CCP) ansprechen, um die Geschwindigkeit bezüglich der Änderungen des Zumeßsignals zu steuern, und schließlich durch Mittel (148) zum Bilden des Änderungsgeschwindigkeitssignals (CCP) für die Steuersignalerzeugungsmittel.

2. Einrichtung nach Anspruch X₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßsignal (B) ein Analogsignal ist und sich in Abhängigkeit vom Bedarfssignal (A, REF) ändert, um die erwünschten vergrößerten oder verkleinerten Fluidströmungsgeschwindigkeitsgrenzen zu steuern.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel (13ο) Mittel zum Begrenzen des Wertes des Zumeßsignals (B) aufweisen, wenn die Differenz zwischen dem Bedarfssignal (A) und dem Zumeßsignal (B) einen bestimmten Wert annimmt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (148) zum Bilden des Änderungsgeschwindigkeitssignals (CCP) Mittel (15o, 154, 156, 158, 166, 168) zum wahlweisen Verändern des Wertes dieses Signals aufweisen, um die Änderungsgeschwindigkeit des Zumeßsignals (B) zu verändern.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum wahlweisen Verändern des Wertes des Änderungsgeschwindigkeitssignals (CCP) einen frequenzvariablen Oszillator (15o, VCO) aufweisen, der auf Signale von der Dampfturbine (34) anspricht, die für Betriebsparameter derselben repräsentativ sind, um den Oszillator für einen Betrieb bei vorbestimmten Frequenzen zu programmieren.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Kessel (42), der zur Dampferzeugung zum Antreiben eines Dampfturbinengenerators (36) dient, welcher elektrische Leistung an eine Last (18) liefert, und durch eine Hilfsteuerungseinrichtung (54) zum Versorgen des Kessels mit Wärme.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch einen Gasturbinen-Leistungsgenerator (12), wobei die Gasturbine heiße Abgase an den Dampfkessel (42) liefert, um einen Dampfturbinen-Leistungsgenerator (36) anzutreiben,, wobei die Hilf steuerungseinrichtung (54) im Pfad der Gasturbinenabgase angeordnet ist, um in Abhängigkeit von einer zugemessenen Brennstoffgeschwindigkeit zusätzliche Wärme an den Kessel zu liefern, wobei* ferner die Leistungssignale (ST, GT) repräsentativ für die von den Generatoren (12, 36) an die Last (18) gelieferte Gesamtleistung sind und wobei die Geschwindigkeitsauswahlmittel (148) auf Betriebssignale ansprechen, die bestimmten Dampfturbinenbetriebs-

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Parametern entsprechen, um Änderungen im Anderungsgeschwindigkeitssignal (CCP) hervorzurufen und automatisch die Änderungsgeschwindigkeit des Zumeßsignals (B) mit den Änderungen in den Betriebsparametern zu steuern.

Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Digital/ Analog-Wandler (172) zum Erzeugen des Zumeßsignals (B), wobei der Wert und die Änderungsgeschwindigkeit von zugeführten Digitalsignalen verändert werden, durch einen Zähler (13o) zum Liefern der Digitalsignale an den Digital/Analog-Wandler (172), wobei der Zähler auf die ersten und zweiten-ausgangsseitigen Steuersignale (UP, DN) anspricht und von diesen Signalen gesperrt wird, wenn die ersten und zweiten Steuersignale dieselbe Richtung haben, sowie erregt wird, um in Abhängigkeit von entgegengesetzten Richtungen der ersten und zweiten ausgangsseitigen Steuersignale wahlweise aufwärts und abwärts zu zählen, und wobei der Zähler ferner auf ein zugeführtes Änderungsgeschwindigkeitssignal (CCP) anspricht, um die Zählgeschwindigkeit des Zählers zu steuern, und durch Geschwindigkeitsauswahlmittel (148), die das Geschwindigkeitsänderungssignal an den Zähler liefern.

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