DE2823661B2 - Regeleinrichtung für ein Turbinen-Kraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für ein Turbinen-Kraftwerk mit einstellbarem Druck der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Gattung,

Es ist bereits eine Regelung für eine Kessel-Turbinen-Einheit mit entsprechend den Belastungsände-

> rungen einstellbarem Dampfdruck bekannt (DE-OS 2509344), bei der jeweils ein den Sollwert und den Istwert der ersten Turbinenstufe wiedergebendes Signal erzeugt wird und bei der die Steuerung des Dampfdruckes durch einen Vergleich dieser beiden

in Signale erfolgt, um die thermischen Beanspruchungen der Turbinenschaufeln herabzusetzen. Typisch für ein derartiges Regelsystem ist die Steuerung bzw. Anpassung des im Kessel erzeugten Dampfdruckes an die jeweils benötigte Turbinenleistung, was durch eine

ι» entsprechende Verstellung der Betriebs-Kennwerte des Dampferzeugers vorgenommen wird. In verschiedenen Betriebsfällen unterliegt die Öffnung des Turbineneinlaßventils jedoch ständigen Schwankungen innerhalb eines schmalen Amplitudenbereiches, was

J" darauf zurückzuführen ist, daß sich die veränderten Parameter des Dampferzeugers erst nach einer entsprechend langen Zeitspanne in der Turbine auswirken.

Andererseits ist ein sog. Düsen-Regelsystem z. B.

r. aus der DE-OS 1426 802 bekannt, bei dem das Turbineneinlaßventil mehrere Düsenkasten und eine entsprechende Anzahl von Regelventilen aufweist, die entsprechend einer gewünschten Öffnung des Turbineneinlaßventils nacheinander geöffnet bzw. ge-

i(i schlossen werden.

Die Anwendung des Düsen-Regelsystems bei einer durch Drosselung des Dampfdruckes gesteuerten Turbinenanlage führt zu einer erhöhten Betriebsleistung, wobei in einem vorbestimmten Belastungsbe-

n reich der Turbine einige der Regelventile voll geöffnet und die restlichen Regelventile voll geschlossen sind. Dabei können jedoch in einem Teillast-Übergangsbcreich eines oder mehrere der geschlossenen Regelventilc sich in ständiger Foigc zw«3chen ihrer voll gern schlosscncn und einer geringfügig offenen Stellung bewegen, was hohe thermische Wechselbeanspruchungen insbesondere im Bereich der Ventilsitze zur Folge hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelsystem der

ι, eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch das thermische Wcchselbcanspruchungen der Rcgelventilc und durch diese bedingte Erosionen der Ventilsitze vermindert werden und bei dem zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Turbinen-Kraftwerkes

■ο unter Teillast die Regel ventile in einer vorbestimmten Öffnungsstellung gehalten werden.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst. Die nachteiligen thermischen Wechselbcanspru-

>-> chungen der Ventile werden gemäß der Erfindung dadurch erheblich vermindert, daß alle Ventile ständig bis zu einem vorbestimmten Grad geöffnet sind und eine - wenn auch geringe - Dampfströmung zulassen, was eine ständige Anwärmung der Ventilsitze zur

Ni Folge hat. Nach dem erfindungsgemäßen Öffnungsund Schlicßprogramm werden alle Regelvcntile gemeinsam und gleichzeitig bis in eine vorbcstiinmte Stellung entsprechend dem Ausgangssignal des ersten Reglers geöffnet, woraufhin nach Erreichen dieses

hi vorbestimmten Öffnungsgnulcs jedes der Ventile gesondert in einer vorgegebenen Folge weiter öffnet. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteninsprüchen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig, I ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbejspiels,

Fig. 2 ein Regelventil im Schnitt senkrecht zur Turbinenwelle,

Fig. 3 eine Darstellung der Öffnungskennlinien der jeweiligen Regelventile,

Fig. 4 eine Programmier-Kennlinie beim Einstellen des Hauptdampfdruckes,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 Einstellkennlinien für die Sollwerte zum öffnen der Regelventile bei der Ausführung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Programmier-Kennlinie zum Einstellen des Hauptdampfdruckes bei den Öffnungs-Sollwerten gemäß Fig. 6,

Fig. 8 schematisch den Ansteuerabschnitt der Regelventile bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Nach den Fig. 1 und 5 strömt Dampf aus einem Verdampfer 11 über Regelventile 12 in eine. Dampfturbine 13, die einen elektrischen Generator 14 treibt. Ein Druckfühler 15 erfaßt den Hauptdampfdruck im Verdampfer 11 und ein Regler 16 steuert über einen Hydraulikkreis und einen Kolben 17 jedes Regelventil, wobei die Bewegung des Kolbens 17 über zwei Zahnstangentriebe 18 auf Kurvenscheiben 19 übertragen wird. Die Regelventile 12 werden in Abhängigkeit von der Kennlinie der Kurvenscheiben 19 geöffnet und geschlossen. Die Verdrehung der die Kurvenscheiben 19 tragenden Welle wird durch einen Istwert-Detektor 20 erfaßt. Ferner sind ein Lastdetektor 21 zum Erfassen der Generatorbelastung sowie am Verdampfer 11 eine Steuereinrichtung 22 zum Verstellen des Hauptdampfdruckes vorgesehen.

Der Betrieb der Regeleinrichtung wird im folgenden erläutert: In einer Lasteinstellschaltung 30 wird ein Sollastoert durch einen Betreiber eingestellt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung 30 wird in einem Addierer 31 mit einem vom Lastdetektor 21 erfaßten Istlastwert verglichen. Das erhaltene Differenzsignal wird einem PI-Regler 32 zugeführt, dessen Ausgangssignal zum Regler 16 gelangt, der die Regelventile über dem Kolben 17, die Zahnstangentriebe 18 und die Kurvenscheiben 19 verstellt. Auf diese Weise wird die Durchflußleistung des Hauptdampfcs zur Turbine 13 geregelt und die Istlast des Generators 14 an die Sollast angeglichen. Diese Rcgelungerfolgt mit relativ hoher Geschwindigkeit im Bereich einiger zehn Sekunden. Gin Geschwindigkeits-Rückkopplungsbignal wird von der Ausgangsspannung des Generators 14 abgeleitet und dem Regler 16 zugeführt, wodurch die Regelung für einen Lastrandbcrcich aufgrund von Schwankungen der Systemfrequenz durch den Regler 16 erfolgt.

Ferner wird ein Ausgangssignal einer Hauptdampfdruck-Programmierschaltung 33, welches eine Funktion des in der Lasteinstcllschaltung 30 eingestellten Sollastwcrtes ist in einem weiteren Addierer 34 mit dem Istdruckwert des Hauptdampf-Druckfühlers 15 verglichen. Das erhaltene Diffcrcnzsignal wird einem PI-Regler 35 zugeführt, dessen Ausgangssignal den Vcrdampfcr-Stcucrmcchanismus 22 betätigt, wodurch die Speisewasserzufuhr W, die Kraftstoffzufuhr F und die Luftzufuhr Λ gesteuert werden. Auf diese Weise wird der Hauptdampfdriick auf einem Sollwert gehalten, der zuvor programmiert wurde, wobei die Regelgeschwindigkeit relativ niedrig ist und beispielsweise in der Größenordnung von einigen Minuten liegt.

Ein vom Istwert-Detektor 20 erfaßtes Signal, das die Verdrehung der Kurvenscheiben 19 angibt, wird in einem Addierer 37 mit einem voreingestellten Ausgangssignal einer Einstelleinrichtung 36 verglichen, indem vom Betreiber der Sollwert für die öffnungsweite der Regel ventile 12 eingestellt worden sind. Bei Verwendung von z. B. vier Regel ventilen 12 wird eine vorgeöffnete Stellung des dritten oder des zweiten Regelventils gewählt.

Das im Addierer 37 erhaltene Differenzsignal wird in den P-Regler 38 eingegeben, dessen Ausgangssignal im Addierer 34 zu demjenigen der Hauptdampfdruck-Programmierschaltung 33 so addiert wird, daß in bezug auf einen Sollwert kompensiert wird, der im Hauptdampfdruckprogramm dargestellt ist.

Es sei angenommen, daß die vor ingestellte Sollbelastung von einem Wert auf einen anderen Sollwert geändert wird. Die Kompensation erfolgt beim Hauptdampfdruckprogramm in der Weise, daß zunächst die öffnung aller Regelventile so geändert wird, daß die Istlast auf die voreingestellte Sollast gebracht wird. Danach wird der Öffnungsgrad desjenigen Regelventils, das von einem Sollwert abgewichen ist, auf den Sollwert zurückgestellt. Gegebenenfalls werden jedoch die Last- und die Regelventilöffnung in Übereinstimmung mit Sollwerten so gebracht, daß der Lauf einer Anlage mit einstellbarem Druck erreicht wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Regelventil gemäß Fig. 1 in einem oberen Gehäuse 131 und einem unteren Gehäuse 132 der Turbine angeordnet. Ein die Dampfströmung zu den Turbinenschaufeln steuernder Düsenteil ist in vier Umfangssegmente aufgeteilt, in denen vier Düsenkasten 133a bis 133i/ angeordnet sind. Je ein Ventilglied steuert den Dampfdurchsatz zu den entsprechenden Düsenkasten. Die Anordnung dieser Ventilglieder ist so getroffen, daß eine gleichförmige Erwärmung der Gehäuse 131 und 132 erreicht wird, wenn die Ventilglieder 12a und 12d nacheinander geöffnet werden.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen den Öffnungskcnnliniender Regelventile und dem Drehwinkel der in Fig. 1 dargestellten Welle für die Kurvenscheiben 19, d. h. die Positioniersignale für die Regelventile, welche als Hydraulik-Drucksignale vom Regler 16 den Stellantrieben zugeführt werden. Wenn das Positioniersignal von einem Null wert aufgebaut wird, werden alte Regclventilglieder 12a bis 12i/ gleichzeitig bis zu einem vorgegebenen Öffnungsgrad geöffnet. Danach erfolgt die weitere Öffnung der Ventilglieder 12a bis YLd bis ζιτ vollen öffnungsweitc nacheinander. Die öffnungsweite kennzeichnet urne Vorwärmstcllung der Ventilgliedcr 12a bis 12c/, bei der die Umgebung des Düsenteils, d. h. der Ventilsitze, gleichmäßig angc ivärmt wird. Die jeweiligen Regclventilc sind somit alle bis zur Anwärm-Öffnungsweite geöffnet, bevor sie nacheinander weiter öffnen. Auch wenn somit die Steuersignale zum öffnen eines der Regelventil im Bereich des jeweiligen Ventilumschaltpunktes mit kurzem Zyklus schwanken, wird ein vorzeitiger Ausfall und eine Erosion der Ventilsitze durch thermische Wechsclbcanspruchungen vermieden. Der Sollwcrt-Einstellkrcis 36 für die Regelventilöffnungen gemäß Fig. 1 kann auch so ausgebildet

sein, daß zwei oder drei Regelventil vollständig geöffnet sind und ein Ventilöffnungs-Sollwert selektiv auf den vorgegebenen Umschaltpunkt eines Ventils eingestellt ist. In diesem Fall ist ein Hauptdampfdruck-Sollwert entsprechend einer Last, die mit jedem der Sollwerte der ausgewählten Ventilöffnungen übereinstimmt, in die Hauptdampfdruck-Programmschaltung 33 eingegeben, um die Wahl eines Hauptdampfdruck-Sollwertes in Abhängigkeit von der gewählten Ventilöffnung zu ermöglichen (Fig. 4).

Bei der Anlage nach Fig. 5 wird ein in der Einstellschaltung 30 eingestellter Lastsollwert einem Einstellkreis 36' für die Sollwerteinstellung der öffnungsweite der Regelventile eingespeist, der in Abhängigkeit vom Lastbedarf automatisch den Sollwert für die öffnung eines Regelventils bestimmt. Die Kennlinie eines für eine Regelventilöffnung einzustellenden Sollwertes in bezug auf die Lastenförderung ist so bestimmt, daß der Wirkungsgrad der Anlage insgesamt so hoch wie möglich wird. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel dafür, d. h. eine Kennlinie für die verschiedenen Regelventile in ihrer vollgeöffneten Lage in einem besonderen Lastbereich.

Zusätzlich kann, für den Fall, daß der Regelventilöffnungs-Sollwcrt primär für eine Lastanforderung bestimmt ist, dann der Hauptdampfdruck-Sollwert, der in der Hauptdampfdruck-Programmierschaltung 33 zu programmieren ist, in gleicher Weise zuvor bestimmt werden, abhängig von der Lastanforderung.

Fig. 7 zeigt eine Kennlinie des Hauptdampfdruckprogramms in bezug auf die Einstellkennlinie der Regelventilöffnung, wie in Fig. 6 dargestellt. Zusätzlich kann, falls ein Sollwert für die Regelventilöffnung lastabhängig bestimmt ist, das Hauptdampfdruckprogramm korrigiert werden, bis eine Abweichung des Istwerts einer Regelvcntilöffnung vom Sollwert auf Null verringert ist, mit dem Ergebnis, daß die Schaltung zum Korrigieren des Werts des Hauptdampfdruckprogramms als PI-Regler 38' ausgebildet sein

"' kann.

Gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 bis 7 werden optimale Sollwerte für den Hauptdampfdruck und die Regelventiluffnungen automatisch eingestellt abhängig von Lastanforderungen, wodurch ein

hochwirksamer Betrieb oder Lauf eines Kraftwerks unabhängig von irgendeinem gewählten Lastbereich erreicht werden kann.

Bei den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen sind Ventil-Antriebsmechanismen verwendet, bei de-■· nc η jeweils ein Kolben abhängig von einem Hydrauliksignal angesteuert ist, das von einem Regler erzeugt ist, um eine Nockenwelle eines Regelventils so anzusteuern, daß das Regelventil betrieben wird. Zusätzlich hangt die Ötfnungskenniinie jedes Regeiventiis

-'" von der Form eines Nockens ab. Es kann jedoch ebenso ein anderer Mechanismus bei der Erfindung verwendet werden, bei dem die Öffnungskennlinien von mindestens zwei Regelventilen in bezug auf ein Ventil-Lagesignal geeignet bestimmt werden können.

."' Fig. S zeigt ein Blockschaltbild, bei dem eine sogenannte clektrohydraulische Regelung EHC verwendet wird. Es sind Funktionsgeneratoren 190n bis 190r/ verwendet für die jeweiligen Regelventile 12a bis 12c/, die jeweils Ausgangssignale wie dargestellt er-

i" zeugen, abhängig von den als elektrische Signale zugeführten Ventü-Lagesignaleti. Die jeweiligen Ausgangssignale der Funktionsgevieratoren 190a bis 19Of/ werden elektrohydraulischen Verstärkern 120a bis 120fr so zugeführt, daß die öffnungen der Regclven-

^; · liie 12« bis 12</ iiiiüeis eines hydraulischen Set voinechanismus bestimmt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für ein Turbinen-Kraftwerk mit einstellbarem Druck, bei dem hochgespannter Dampf aus einem Verdampfer über mindestens zwei Regelventile einer Turbine zugeführt wird, mit einem ersten die Ventile ansteuernden Regler entsprechend einem Differenzsignal aus einem eingestellten Last-Sollwert-Signa] und dem Ist-Last-Signal eines Lastdetektors und mit einem zweiten Regler, der den Verdampfer entsprechend einem Differenzsignal ansteuert, welches durch Vergleich eines Signals einer Hauptdampfdruck-Programmierschaltung mit dem in einem Druckdetektor erfaßten Ist-Hauptdampfdruck-Signal erhaltenwirdjgekennzeichnet durch folgende Merkmale

a) in einer Einstelleinrichtung (36) werden die Sol&viirte der öffnungsweiten der Regelventile (12) voreingestellt;

b) ein Istwert-Detektor (20) erfaßt die öffnungsweiten der Regel ventile (12);

c) ein dritter Regler (38,38') erzeugt ein Steuersignal entsprechend der Differenz der Ausgangssignale der Einstelleinrichtung (36) und des Istwert-Detektors (20), welches dem zweiten Regler (35) zusätzlich zugeführt wird;

d) eine Verstelleinrichtung (17,18,19) betätigt die kugelventile (12) entsprechend dem Ausgangssignal desersf^n Reglers (16) in der Weise, daß alle Regelventile (12) bis zu einem vorbestimmten öfnungsgrad gleichzeitig und nach Erreichen dieses Öffnungsgrades in einer bestimmten Reihenfolge nacheinander weiter öffnen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung ein vom ersten Regler (16) angesteuertes hydra-'.lisches Stellglied (17) und für jedes Regelventil (12) einen Zahnstangentrieb (18) sowie eine Kurvenscheibe (19) aufweist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung für jedes Regelventil einen vom ersten Regler (16) angesteuerten Funktionsgenerator aufweist, der ein hydraulisches Stellglied zum Einstellen jedes Regelventils ansteuert.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptdampfdrucksignal entsprechend dem Lastsignal bestimmt wird und daß der dritte Regler (38') ein IP-Regler ist (Fig. 5).

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (36) ein Sollwert-Signal zum vollen öffnen eines Teils der Regelventil bei voll geschlossenem Rest der Regel ventile (12) erzeugt und daß der dritte Regler (38) ein P-Rcglcr ist (Fig. D-