DE2900336C2 - Verfahren und Einrichtung zum Umsteuern von Düsengruppen- Ventilen einer Dampfturbine bei einem Betriebsartwechsel - Google Patents

Description

a) Es wird ein Speisungsbezugsfaktorsignal erzeugt, dessen Wert die Betriebsart angibt;

b) es wird ein Multiplikatorsignal erzeugt, dessen Wert eine Funktion des Speisungsbezugsfaktorsignales ist;

c) es wird ein Strömungsbezugssignal erzeugt welches die Belastung der Turbine angibt;

und es wird *ür jedes Ventil

d) ein Vollspeisungssignal, ein Teilspeisungssignal und ein Umsteuersignal erzeugt, die jeweils eine vorgegebene Funktion des Strömungsbezugssignales sind;

e) das Multiplikatorsignal auf das Teilspeisungssignal und das Umsteuersignal zur Bildung eines konditionierten Signales zur Anwendung gebracht;

f) ein kombiniertes Strömungssignal erzeugt, welches aus der Summe des konditionierten Signales und des Vollspeisungssignales besteht;

g) das kombinierte Strömungssignal durch einen Korrekturfaktor modifiziert, um ein Ventilhubsjgnal zu erzeugen, weiches eine lineare Änderung der Dampfströmung durch jedes Ventil in Abhängigkeit von dem kombinierten Strömungssignal gewährleistet und

h) das Speisungsbezugsfaktorsignal beim Umsteuern zwischen einem VoIIspeisungswert und einem Teilspeisungswert geändert.

wobei die Merkmale c) und g) den Oberbegriff und die übrigen Merkmale den kennzeichnenden Teil bilden.

2. Elektrohydraulische Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens ntch Anspruch 1 für eine Dampfturbinenanlage, die mehrere Ventile zur Zufuhr von Dampf zu Düsengruppen einer Dampfturbine enthält, die in zwei verschiedenen Betriebsarten betreibbar ist, mit einer Betriebsartsteuereinheit zum Einstellen der Betriebsart der Dampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsartsteuereinheit (38), die der Turbine beim Wechsel der

Dexneusai ί £ΐΐ£έΐΰιΐΓΐ£ DaiupiuiCiigC II« WCSCnth"

chen konstant hält, eine Anordnung zum Erzeugen eines Speisungsbezugsfaktorsignales (AR) enthält, das die Betriebsart bestimmt, zur Änderung der Betriebsart veränderbar ist und eine im wesentlichen lineare Änderung der Temperatur eines bestimmten Teiles der Turbine bewirkt;
daß eine Anordnung zum Erzeugen eines Multiplikatorsignales (1 — AR) in Abhängigkeit von dem Speisungsbezugsfaktorsignal vorgesehen ist;
daß für jedes Ventil ein Flußsignalgenerator vorgesehen ist, welcher ein Vollspeistmgsbetriebssignal (FA), ein Teilspeisungsbetriebssignal (PA) und ein Umsteuersignal (R) erzeugt, die jeweils eine vorgegebene Funktion eines Flußreferenzsignales sind;

daß für jedes Ventil eine Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen ist, welche ein kombiniertes Flußsignal für das betreffende Ventil entsprechend der Beziehung FA + (R + PA) (1 - AR) erzeugt, und daß für jedes Ventil ein durch das kombinierte Flußsignal gesteuerter Ventilhubsignalgeneralor zum Steuern des betreffenden Ventils vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (55) zum Erzeugen des Muhiplikatorsignates einen Impulsgenerator zum Erzeugen einer Folge von Impulsen enthält, deren Breite progressiv zwischen Werten entsprechend dem Tastverhältnis 0% und dem Tastverhältnis 100% veränderbar ist

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß jeder Flußsignalgenerator (46, 47, 48, 49) eine Teilspeisungs-Verstärkerschaltung (78) zum Erzeugen eines Teilspeisungsbetriebssignales enthält welches sich in Abhängigkeit vom Fluß-Referenzsignal (FR) entsprechend einer stückweise linearen Funktion mit zwei Steigungen ändert

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß jeder Flußsignalgenerator (46,47,48, 49) eine Vorsparnungsanordnung («5) enthält mit der die Größe des Flußsignales einstellbar ist bei der das betreffende Ventil im Teilspeisungsbetrieb öffnet so daß die Ventile beim Teilspeisungsbetrieb und aus Steuerung durch das Flußreferenzsignal der Reihe nach öffnen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß jeder Hubsignalgenerator (154) einen Korrekturfaktor für jedes kombinierte Flußsignal liefert durch den die nichtlineare Flußcharakteristik des Ventils so kompensiert wird, daß eine lineare Änderung des kombinierten Flußsignals eine lineare Änderung des Dampfdurchsatzes des Ventils bewirkt

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrohydraulische Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Eine typische Dampfturbine in einem Turbinen-Ge-

jo nerator-Satz eines elektrischen Kraftwerkes enthält eine Anzahl von Dampfzuführungs-Düsengruppen oder -bögen, die mit Abständen am Umfang des Turbinengehäuses angeordnet sind, and eine Anzahl von Steuerventilen, durch die der Dampf zu den Düsengruppen und Hiir?h Hies» in die erste Stufe der Turbine strömt Wenn einer Laständerung oder Dampfdurchsatzänderung durch ein gleichzeitiges öffnen oder Schließen aller Steuerventile Rechnung getragen wird, spricht man von einem Düsengruppen-VoUspeisungsbetrieb der Turbine.

(Bei manchen Turbinen werden im VoUspeisungsbetrieb alle Steuerventile (Düsenventile) voll geöffnet und Laständerungen wird durch Öffnen und Schließen eines Schnellschlußventiles Rechnung getragen, das sich stromaufwärts der Düsenventile und in Reihe mit diesen befindet) Wenn andererseits die Düsenventile bei Änderungen der Belastung der Turbine oder der Dampfströmung in einer bestimmten Folge geöffnet oder geschlossen werden und dadurch den verschiede-

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nen Teilen des Turbinenumfanges Dampt mit unterschiedlichen Strömungsarten oder Durchsätzen zugeführt wird, spricht man von einer Düsengruppen-Teilspeisung oder kurz Teilspeisung der Turbine. Generell ist der Teilspeisungsbetrieb bei bestimmten Teillastbedingungen vorteilhaft, da man kleinere Drosselverluste und bessere Wtrmeraten oder -Verhältnisse erzielen kann als bei einer Vollspeisung, während der Vollspeisungsbetrieb beim Anfahren der Turbine vorgezogen wird, da er einen gleichmäßigeren Temperaturanstieg des Turbineneinlasses, Düsenkastens end der ersten Stufe längs des Turbinenumfanges zu erzielen gestattet, so daß sich geringere Wärmespannungen er.,—« als bei einer Teilspeisung. Der Vollspeisungsbetneb kann auch während eines planmäßigen etarken Lastanstiegs zwischen zwei Teilspeisungs-Dav ■-»etriebszuständen als Zwischenbetriebszustand -*wr_~ir,.28ig sein, um die Beanspruchung von Baueinhtl en, wie des Turbinenrotors oder -gehäuses zu begrenzen oder um eine schnellere Lastübernahme zu ermöglichen.

Es sind bereits eine Reihe von Verfahren und Einrichtungen zum Steuern des Betriebsartwechsels bekannt, mit denen die jeweiligen Vorzüge des VoHspeisungsbetriebes bzw. Teilspeisungsbetriebes ausgenützt werden sollen, und man hat dabei auch bereits angestrebt, plötzliche Temperaturwechsel (Wärmeschecks) zu vermeiden und den Lastwert während des Übergangs zu regeln, z.B. indem der gesamte Dampfdurchsatz während des Wechsels oder Oberganges konstant gehalten wird.

Aus der der US-PS 30 97 488 entsprechenden DE-OS 14 26 802, von der die Erfindung ausgeht, sind ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Umsteuerung zwischen Vollspeisung und Teilspeisung der Düsengruppen mittels einer Übertragungsschaltung erfolgt, welche drei Potentiometer zum Steuern der Schnellschluß-, Abfang- uni Steuerventile enthält Ein automatischer in gewünschter Weise verlaufender Wechsel der Betriebsart in Abhängigkeit von einem einzigen Steuersignal ist hier nicht vorgesehen.

Aus der US-PS 39 81 608 ist femer ein elektrohydrauiisches Steuersystem bekannt, bsi weichem ein Übergang von Vollspeisung auf Teilspeisung bei konstanter Dampfströnriung dadurch bewirkt wi: i, daß ein erstes Ventil bis zu seiner Teilspeisungsstellung geschlossen wird, während die übrigen Ventile mit einer solchen Geschwindigkeit geöffnet werden, daß der Dampfdurchsatz als Ganzes konstant bleibt, und daß dann bei konstanter Stellung des ersten Ventils dasselbe mit den übrigen Veruilen durchgeführt wird, bis sich alle Ventile in ihrer Teilspeisungsstellung befinden. Aus der US-PS 34 03 892, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird, isi eine elckirchydrsuüsche E?^nr«*htung zum Steuern von Dampf- oder Düsenventileu bekannt, bei der ein Betriebsartübergang, während dessen ein im wesentlichen konstanter Dampfdurchsatz durch die Turbine angestrebt wird, dadurch erfolgt daß man gleichzeitig die Verstärkungsfaktoren und Vorspannungen von elektrohydraulischen Verstärkern, die die Ventile stellen, entsprechend einjustiert bzv/. ändert Aus den US-PSen 3637 319 und 37 40588, auf die ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird, sind ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, bei denen ein Impulsgenerator oder Zeitverhältnis- oder Tastverhältnis-Schaltkreis anstelle air bei der Einrichtung gemäß der US-PS 34 03 892 verwendeten Potentiometer benutzt wird, um die \ ^spannungen und Verstärkungsfaktoren der Verstärker zu ändern und einen gleichmäßigeren Betriebsartwechsel zu erreichen. Alis der US-PS 39 56 897 ist schließlich eine digital arbeitende Einrichtung zur Steuerung von Betriebsartübergängen bekannt, bei der stetige Betriebsartübergänge durch Speisen eines Ventilsteuermechanismus mit frequenzmodulierten Impulsen bewirkt werden.

Mit den bekannten Verfahren und Einrichtungen können zwar mehr oder weniger starke abrupte ίο Temperaturänderungen gewisser Bauelemente der Dampfturbine verhindert werden, indem der Übergang zwischen den Ventil- bzw. Düsengruppenbetriebsirten allmählich erfolgt und die gesamte Temperaturänderung bei einem Übergang dadurch begrenzt wird, daß der Dampffluß während einer Betriebsartänderung im wesentlichen konstant gehalten wird. In keiner der oben erwähnten Patentschriften findet sich jedoch eine Anregung, die Änderungsgeschwindigkeit der Turbinentemperatur während eines Beriebsartüberganges zu steuern, was eine bessere D^b-rrschung der Beanspruchungen der Turbine und ferner kombinierte oder koordinierte Laständerungen und Betriebsartübergänge ermöglichen würde und damit ein schnelleres Anfahren und Abstellen der Turbine mit den gewünschien niedrig tn Beanspruchungen.

Es ist zwar bereits aus einer Dissertation von R. j.

Dickenson »Admission Control of Steam Turbines«, eingereicht 1970 beim Polytechnic Institute of Brooklyn, bekannt daß der Dampffluß konstant gehalten werden sollte und daß sich die Temperatur der Turbine der ersten Stufe bei einem Betriebsartwechsel linear ändern solite; die hierfür in der Dissertation angegebene

Einrichtung ist jedoch kompliziert und mit Anälogschaltungen schwer realisierbar, da viele nicht-lineare Korrekturfunktionen benötigt werden.

Der vorliegender. Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung 2ur elektrohydraulischen Steuerung einer Dampfturbine anzugeben, mit denen eine einfache automatische Umsteuerung der Düsengruppen einer Dampfturbine zwischen einem Volispeisungs- und einem Teilspeisungs-Betrieb derart bewirkt werden kann, daß der Dampfdurchsatz als Ganzes bei der Umsteuerung im wesentlichen konstant bleibt und die Temperatur des Gehäuses der Turbine sich beim Betriebsartwechse! in kontrollierter Weise, insbesondere im wesentlichen linear ändert

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Einrichtung gemäß Anspruch 2 gelöst

Die übrigen Ansprüche betreffen Weiterbildungen ind vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung, gemäß Anspruch 2.

Durch die Erfindung werden also ein Verfahren und eine Einrichtung zui- elektrohydraulischen Sxeuemrg des Überganges von Steuerventilen einer Dampfturbine zwischen einem Düsengruppen-Vollspeisungsbetrieb und einem Düsenjruppen-Teilspeisungsbetrieb angegeben, bei denen der Dampffluß während der Betriebsartänderung im wesentlichen konstant bleibt und die Temperatur der ersten Stufe der Turbine sich im wesentlichen linear mit einem Admissions- oder Speisungsbezugsfaktor ändert, der jede Betriebsart charakterisiert

Durch die Erfindung wird nicht nur die Umsteuerung vereinfacht, sondern auch die thermische Belastung des Turbinengehäuses während der Umsteuerung erheblich verringert Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der

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' Übergang zwischen den Betriebsarten unabhängig von der Belastung der Turbine erfolgt

Eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung, die eine Kontrolle der Turbinen* temperaturen und -beanspruchungen ermöglicht, enthält Betriebsartströmungssignaigeneratoren zur Erzeugung eines Voilspeisungssignals, eines Reversier- oder Umsteuerungssignales und eines Teilspeisungssignales, ferner eine Zeitverhältniischaltung zum Erzeugen eines Multiplikators in Ansprache auf einen Admissions- oder Speisungsbezugsfaktor, und Steuerventilstelleinheiten, die jeweils eine Signalkonditionierungs- oder Signalzubereitungsanordnung zum Erzeugen eines kombinierten Strömungssignales, das sich linear mit dem Speisungsbezugsfaktor ändert und einen Hubsignabenerator zum Erzeugen von Ventilhubsignalen sowohl für den Vollspeisungsbetrieb als auch für den Teilspeisungsbetneb aus einer einzigen stückweisen linearen Approximation der Vollspeisungs- Hubcharakteristik enthalten, fm folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bevoignahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Dampfturbinen-Generator-Satzes mit einer zugehörigen elektrohydrauiischen Steuer- und Regeleinrichtung;

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Änderung von Betriebsartsignalen für einen Satz von vier Ventilen während eines Oberganges vom Düsengruppen-Vollspeisungsbetrieb auf den Düsengruppen-Teilspeisungsbetrieb bei einer bekannten Einrichtung und bei einer Einrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Änderung der Temperatur der ersten Turbinenstufe während aes Oberganges von der Vollspeisung zur Teilspeisung für eine bekannte Einrichtung und für eine Einrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 ein Schaltbild eines Flußsignalgenerators, der sich für die Verwendung mit einem Steuerventil eignet um einen temperaturgesteuerten Betriebsartübergang zd bewirken;

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Ausgangssignale, die ein Flußsignalgenerator bei einer bevorzugten Ausiührungsform der Erfindung als Reaktion auf ein Flußreferenzsignal erzeugt und

F i g. 6 ein Schaltbild einer Steuerventilstelleinheit die sich für die Verwendung mit einem Steuerventil eignet um einen temperaturgesteuerten Betriebsartübergang zu bewirken.

Bei einer bevorzugten Ausiührungsform des Verfahrens bzw. der Einrichtung zur elektrohydraulischen Steuerung einer Dampfturbine können die Temperaturen und damit die Beanspruchungen der Turbine zu allen Zeiten während ein".s Betriebsartüberganges kontrolliert bzw. gesteuert werden, z.B. bei einem Obergang vom Düsengruppen-Vollspeisungsbetrieb zum Düsengruppen-Teilspeisungsbetrieb bei einem speziellen Gesamtfluß oder Durchsatz des Dampfes. Die Einrichtung enthält eine Admissions- oder Speisungsbezugseinheit zum Erzeugen eines Speisungsbezugsfaktors, dessen Werte jeweils einen Vollspeisungsbetrieb, einen Teilspeisungsbetrieb oder einen Zwischenbetriebszustand darstellen, und zum progressiven Verändern des Speisungsbezugsfaktors während einer Betriebsartänderung. Ferner ist eine Zeitverhältnisschaltung vorgesehen, die unter Steuerung durch einen Speisungsbezugsfafctor einen Multiplikator erzeugt der zur Bestimmung des Ziistandes eines Satzes von Flußsignalen für jedes der Steuer oder Düsenventil der Dampfturbine dient Die durch den Multiplikator zu beeinflussenden Flußsignale werden durch Flußsignslgeneratoren der Steuereinrichtung erzeugt, die auf ein Flußreferenz- oder Flußsollwertsignal ansprechen, das den gewünschten gesamten Dampffluß angibt und die einen Satz von Teilspeisurigs-, Vollspeisungs- und Umsteuerungs-(negativen Vollspeisungs-)-Flußsignalen

erzeugen. Durch eine Flußsigiiaikonditionierungsanordnung wird der Multiplikator auf die Teilspeisungs- und Umsteuerflußsignale zur Einwirkung gebracht und das Resultat mit dem Vollspeisungsflußsignal kombiniert, wobei für jedes Ventil ein kombiniertes Flußsignal erzeugt wird, das sich lmear mit dem Speisungsbezugsfaktor von einem Vollspeisungswert auf einen Teilspeisungswert ändert, wenn der Übergang durchgeführt wird Als Ergebnis wiro der Dampfdurchsatz während des Betriebsartüberganges im ganzen gesehen konstant gehalten und ändert sich die Temperatur der ersten Turbine... ufe im wesentlichen linear mit dem Speisungsbezugsfaktor, und werden die Beanspruchungswerte der Turbine genau kontrolliert
F i g. 1 zeigt vereinfacht und schematisch einen typischen Dampfturbinensatz 10, der mit einer anzutreibenden Last wie einem elektrischen Generator 12 verbund η und durch eine Einrichtung 13 gemäß einer bevorzugten Ausffih^r''"2^ci<^T"n der vorliegenden Erfindung gesteuert ist Der Dampfturbinensatz 10, der beispielsweise als Tandemeinheit mit Zwischenüberhitzung dargestellt ist im Prinzip beliebig ausgebildet sein kann, wird in erster Linie durch Zufuhr von Dampf durcn mehrere Steuerventile gesteuert, z. B. Steuerventile 14,15,16 und 17, die parallel zueinander angeordnet sind und einer Hochdruckturbine 22 Dampf über getrennte, nicht dargestellte Düsengruppen zuführen, die auf den Umfang des Einlasses der Hochdruckturbine 22 verteilt sind. Wie Fig. 1 zeigt ist ferner mindestens ein Schnellschlußventil 24 vorgesehen, das in bestimmten Anlagen beim Düsengruppen-Voilspeisungsbetrieb zur Steuerung der Dampfzufuhr verwendet werden kann, ferner mindestens ein Zwischenüberhitzungs-SchnelLschlußventil 26 und Abfangventil 28, die zur Steuerung der Dampfzufuhr zu einer Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine 30 bzw. 32 dienen. Die Schnellschlußventile 24 und 26 sowie das Abfangventil 28 spielen für die vorliegende Erfindung keine Rolle und ihre Stellglieder und Verbindungen mit anderen Teilen der Steuer- und Regeleinrichtung sind dater aus

so Obersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt

Die Steuerventile 14, 15, 16 und 17 dienen, wie erwähnt zur Steuerung der Dampfzufuhr zum Turbinensatz, wobei sie entweder im Düsengruppen-Vollspeisungsbetrieb arbeiten können, in dem alle Steuerventile

entsprechend Laständerungen gleichzeitig in Öffnungsoder Schließrichtung verstellt werden, oder im Teilspeisungsbetrieb, in dem die verschiedenen Ventile m einer vorgegebenen Folge öffnen oder schließen. Das Arbeiten der Steuerventile wird durch die Steuer- und Regeleinrichlung 13 bestimmt die außer den Ventilen 14, 15, 16 und 17 einen Drehzahlregler 34, einen Lastregler 36 und eine Betriebsartsteuereinheit 38 umfaßt Der Drehzahlregler 34 und der Lastregler 36 bestimmen in bekannter Weise_ Größen, wie die Isi-DrehzahL die Ist-Last und die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl und Last der Turbine, und errechnen aus diesen Parametern in Verbindung mit den gewünschten Soll-Werten Signale, wie ein Fluß- oder

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Dampfmengen-Sollwertsignal, das die gewünschte hohen Beanspruchungen treten sogar dann auf, wenn

Dampfmenge (Dampffluß, Dampfdurchsatz) angibt und konventionelle Maßnahmen, wie eine Druckrückfüh-

bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein rungsschleife (nicht dargestellt) von der Hochdrucktur-

Eingangssignai für die Betriebsartsteuereinheit 38 bine 22(Fig. 1) zum Lastregler 36 vorgesehen sind, um

bildet Die Betriebsartsteuereinheit 38, die einen s die Gesamtdampfmenge während des Überganges

wesentlichen Teil der Erfindung bildet, verarbeitet das konstant zu halten- Die gestrichelten Kurven in Fig.2

Darnp'iuengensollwertsignal vom Lästregler 36 Und und 3 würden außerdem einen ganz anderen Verlauf

liefert Hubsignale an die verschiedenen Ventile 14,15, haben, wenn der Übergang bei anderen Teillastvsrhält-

'16 und 17, um eine temperaturgesteuerte Betriebsartän- nissen durchgeführt wird, Und sie würden Ventilfluß-

derung zu bewirken oder den Betnet mit der io und TurbinentemperaturproFilen entsprechen, die sich

gewünschten Vollspeisung oder Teslspeisung aufrecht- für die verschiedenen Betriebsartänderungen, die im

zuerhalten. Betrieb einer Dampfturbine erforderlich sind, nicht

Vor einer ins Einzelne gehenden Erläuterung des ohne weiteres vorhersagen oder steuern lassen. Wenn Aufbaus und der Arbeitsweise der Betriebsartsteuerein- der Betriebsartwechsel in bekannter Weise durchgehen 38 soll auf einige Betriebsartparameter und typische 15 führt wird, können also übermäßige und sogar zyklische Betriebsartänderungen eingegangen werden. Man kann Turbinenbeanspruchungen auftreten,
der Einfachheit halber jede Betriebsart durch einen Die ausgezogenen Kurven in F i g. 2 und 3, die einen speziellen Wert eines Speisungsbezugsfaktors AR Übergang vom Vollspeisungsbetrieb auf den Teilspeicharakterisieren. Bei der folgenden Erläuterung soll der sungsbetrieb bei der bevorzugten Ausführungsform der Wert 1,0 des Speisungsbezugsfaktors den Vollspei- 20 Erfindung darstellen, zeigen, daß, wenn man das sungsbetrieb und der Wert Null den Teilspeisungsbe- Flußsignal für jedes Ventil sich linear mit dem trieb bedeuten. Ein /IÄ-Wert von 0,5 stellt daher eine Speisungsbezugsfaktor von seinem Vollspeisungswen Betriebsart in der Mitte zwischen dem Vollspeisungsbe- auf seinen Teilspeisungsv/ert ändern läßt (Fi g. 2) und trieb und dem Teilspeisungsbetrieb dar. damit die gesamte Dampfmenge konstant hält die

In F i g. 2 und 3 sind Betriebsartübergänge zwischen 25 Temperatur sich während des Überganges ungefähr dem Vollspeisungsbetrieb und dem Teilspeisungsbetrieb linear mit dem Speisungsbezugsfaktor AR ändert bei Teillast sowohl für eine typische Betriebsartsteuer- (F i g. 3). Die lineare Temperaturänderung, die unabhäneinrichtung gemäß dem Stand der Technik, die mit gig von dem Teillastzustand ist bei dem der Übergang veränderlichen Vorspannungen und Verstärkungsfaktor oder Betriebsartwechsel durchgeführt wird, erlaubt eine ren arbeitet (gestrichelte Kurven) als auch für eine 30 Bestimmung und damit Steuerung der Änderungsgebevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin- schwindigkeit der Temperatur der ersten Turbinenstufe dung (ausgezogene Kurven) dargestellt In Fig.2 sind durch eine entsprechende Steuerung des Speisungsbedie Ventilflußsignale in Abhängigkeit vom Speisungsbe- zugsfaktors. Dies ermöglicht wiederum eine Beherczugsfaktor für eine Dampfturbine mit vier Steuerventi- schung und Kontrolle der Beanspruchungen und Jen, wie den Steuerventilen 14, 15, 16 und 17 gemäß 35 Spannungen in der Turbine und schnellere Lasterhöhun-Fig 1 dargestellt und man sieht daß die Steuerventile f>^en sowie Lastverringerungen bei niedrigeren Bean-16 und 17 bei einem Betriebsartübergang gemäß dem spruchungen der Turbine, wenn der Speisungsbezugsfak-Stand der Technik anfänglich fälschlich in Richtung auf tor richtig mit anderen Beanspruchungsüberwachungseine weiter geöffnete Stellung (höheres Rußsignal) einrichtungen und dem Lastregler 36 koordiniert wird, anstatt in Rirhtung auf die Kein-FIuß- oder völlig 40 Um die gewünschte lineare Änderung des Dampfgeschlossene Teilspeisungsstellung verstellt werden und mengen- oder Strömungssignals mit dem Speisungsbedaß die gesamte Dampfmenge nicht konstant bleibt zugsfaktor zu bewirken, enthält die elektrohydraulische sondern zumindest während des anfänglichen Teiles des Steuereinrichtung 13 die Betriebsartsteuereinheit 38, Übergangs etwas ansteigt wie aus dem anfänglichen welche bei dem in F i g. 1 dargestellten bevorzugten Ansteigen allergestrichelten Kurven ersichtlich ist 45 Ausführungsbeispiel der Erfindung individuelle Men-

Außerdem erreichen die Ventile 14, 15 und 16 ihre gen- oder Flußsignalgeneratoren 46,47,48 und 49 und

Teilspeisungswerte des Fluß- oder Mengensignals bei Steuerventil-Stelleinheiten 50, 51, 52 und 53 für die

verschiedenen Werten des Speisungsbezugsfaktors AR, verschiedenen Steuerventile 14, 15, 16 und 17, sowie

wobei besonders das Ventil 14 sein Teilspeisungssignal eine Zeitverhältnisschaltung 55 und eir.e Speisungsbe-

bei einem Äff-Wert von etwa 0.55 erreicht also nach so zrgseinheit 56 enthält

weniger als der Hälfte des Übergangs, gemessen am Ein typischer Flußsignalgenerator für die Betriebsart-Speisungsbezugsfaktor AR. Die Konsequenzen eines Steuereinheit 38, z. 3. der Flußsignalgenerator 46, ist in solchen Ventilfußsignalverlaufs sind sus der gestrichel- Fig.4 dargestellt Dem Flußsignalgenerator 46 (und ten Kurve in F i g. 3 ersichtlich, in der die Temperatur den anderen Fiußsignalgeneratoren 47,48 und 49) wird des Gehäuses der ersten Stufe der Hochdruckturbine im 55 sin Flußreferenz- oder Flußsollwertsignal vom Lastreg-Verlauf einer Betriebsartänderung dargestellt ist; man Ier 36 zugeführt und der Flußsignalgenerator 46 erzeugt sieht daß beim Übergang vom Vollspeisungsbetrieb auf in Ansprache auf Hjeses Signal ein Vollspeisungssignal, den Teilspeisungsbetrieb praktisch die ganze Änderung ein Umsteuersignal und ein Teilspeisungsflußsignal für der Temperatur der ersten Turbinenstufe zwischen die Ventilstelleinheit 50. Der Verlauf dieser Signale in AR = 0^5 und AR =-= 0 stattfindet Da die Turbinenbe- 60 Abhängigkeit vom FlußsoIIwertsignal FR ist in Fig. 5 anspruchung eine Funktion der Änderungsgeschwindig- dargestellt

keit der Temperatur ist und ein typischer Betriebsart- Das Flußsollwertsignal wird dem Flußsignalgenerator

wechsel innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalles 46 über eine Eingangsklemme 58 zugeführt, an die eine

durchgeführt wird, können bei einem Betriebsartwech- Umsteuersignalschaltung 60 und eine Leitung 62

sei gemäß dem Stand der Technik, der mit veränderli- 65 angeschlossen sind, die zu einer Ausgangsklemme 64

chen Vorspannungen und Verstärkungsfaktoren durch- führt, an der das Flußsollwertsignal als Vollspeisungs-

geführt wird, unerwünscht hohe Beanspruchungen Flußsignal FA dient In der Unisteuersignalschaltung 60

auftreten. Die schnellen Temperaturänderungen und gelangt das FIuBsollwertsignal über einen Eingangs-

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widerstand 66 zu einem Verstärker 68, indem es mit dem Widerstand 120 abgeglichen wird, wird der Beitrag des

Faktor —1 multipliziert wird. Der Betrag 1,0 des positiven Vorspannungssignals B+ zum Signal am

Verstärkungsfaktors wird durch geeignete Wahl des Punkt 122 kompensiert) Für Werte des Flußsoilwertsi-

Eingangswiderstandes 66 sowie eines Widerstandes 70 gnals, die größer als FRb sind, leitet die Diode 114 und

und entsprechande Einjustierung eines Trimmpotentio- 5 die Verstärkung hängt dann sowohl von der Einstellung

meters 72 gewährleistet Durch eine Diode 74 wird eine des Potentiometers 100 als auch von der des

Nullbegrenzung bewirkt, so daß das Umsteuersignal R, Potentiometers 102 ab.

das an einer Aasgangsklemme 76 zur Verfügung steht Das Teilspeisungsflußsignal an der Klemme 123 ist

und in F i g. 5 in Abhängigkeit vom Flußsollwertsignal also 0 für Werte des FlußsoUwertsignales, die kleiner als

FR aufgetragen ist für negative Werte des Flußsoll- 10 FRt sind, wo das zugehörige Steuerventil 14 zu öffnen

wertsignals FR = 0 und für positive Werte von beginnt, und es ändert sich dann linear mit dem

FR = —FR ist (negative Werte von FR sind über die Flußsollwertsignal bis zum maximalen Flußzustand des

Schließstellung hinausgehenden Hubbereichen der Steuerventils entsprechend einer Beziehung mit zwei

Steuerventile zugeordnet). Neigungen oder Steigungen, die aus der Strömungscha-

Der Flußsignalgsnerator 46 enthält ferner eine 15 rakteristik des Ventiles 14 bestimmt wird (d h.

Tcilspeisungsverstärkerschaltung 78, die unter Steue- Diagrammen der Vollspeisungs- und Teilspeisung! -

rung ddrch das Umsteuersicnal ein Teilspeisungsflußsi- dampfmenge in Abhängigkeit von der gesamten

gnal erzeugt. Das Umsteuersignal wird einem Verstä^r- Dampfmenge).

ker 80 über einen Widerstand 82 zugeführt Dem Fig.6 zeigt eine typische Steuerventilstelleinheit Eingang des Verstärkers 80 wird ferner ein Ventil- 20 (CVPU) 50, welche eine Signalkonditionierungs- oder schließvorspannungssignal B+ zugeführt das einer Signalverarbeitungsschaltung 124 mit EingangsWem-Kiemme 84 zugeführt und durch ein Potentiometer 85 men 126,128 und 130 enthält denen das Vollspeisungseinstellbar ist Dieses Vorspannungssignal dient zur flußsignal, das Umsteuerungssigna! bzw. das TeilsDei-Einstellung des Abheb- oder Öffnungspunktes des sungsflußsignal vom Flußsignalgenerator 46 zugeführt Steuerventils 14 (des Wertes FRl des Flußsollwertsigna- 25 werden. Für die Steuerventile 15, 16 und 17 sind les, bei dem da« Ventil 14 zu öffnen beginnt), wie der in entsprechende Stelleinheiten vorgesehen. Der Signal-Fig.5 für eine bevorzugte Ausführungsform der Verarbeitungsschaltung 124 wird ferner über eine Erfindung dargestellte Verlauf des Teilspeisungsflußsig- Klemme 132 ein Zeitverhältnissignai von der Zeilvernales PA in Abhängigkeit vom Flußsollwertsignal FR hältnisschaltung 55 zugeführt Das Zeitverhältnissignai zeigt Der stückweise lineare Verlauf des Teilspeisungs- 30 ist ein elektronischer Multiplikator, der in der flußsignals mit zwei Steigungen ergibt zusätzliche Zeitverhältnisschaltung 55 unter Steuerung durch ein Anpassungsmöglichkeiten und höhere Genauigkeiten Signal von der Speisungsbezugseinheit 56 erzeugt wird, hinsichtlich der Konstanthaltung der Dampfmenge und Bei der vorteilhaften, bevorzugten Ausführungsform der Turbinendrehzahl während eines Betriebsartüber- enthält die Zeitverhältnisschaltung 55 einen Impulsganges und damit eins besonders genaue Steuerung der 35 generator, der eine Folge von Impulsen mit sich Temperatur der ersten Turbinenstufe. progressiv ändernder Zyklusbreite oder sich progressiv

Der Verstärker 80 der Schaltungsanordnung 78 änderndem Tastverhältnis liefer;, wie es in der oben

kombiniert das Umsteuersignal und das Ventilschließ- bereits erwähnten US-PS 37 40 588 beschrieben ist

Vorspannungssignal und verstärkt zusammen mit einer Man kann jedoch auch andere Arten von elektronischer

Leistungsstufe 86, die einen Transistor enthalten kann. 40 Multiplikation verwenden.

das resultierende Signal unter Erzeugung eines Teilspei- Die Signalverarbeitungsschaltung 124 enthält eine sungsflußsignales. Um das Teilspeisungsflußsignal auf zweipolige Schaltvorrichtung 134 mit Schaltern 136 und Werte innerhalb des Betriebsbereiches des Steuerven- 138. Beim Vollspeisungsbetrieb wird der Speisungsbetils 14 zu begrenzen, sind eine Diode 87, ein zugsfaktorAÄ auf 1,0 eingestellt und das Zeitverhältnis-Trimmpotentiometer 88 und ein Widerstand 89 45 Eingangssignal der Schaltvorrichtung 134 besteht aus vorgesehen, die zusammen mit einem geeigneten einem Impuls mit einem Tastverhältnis von 100%. Die negativen Potential C—, das einer Klemme 90 zugeführt Schalter 136 und 138 schließen und bleiben geschlossen, wird, eine untere Grenze für das Teilspeisungsflußsignal wodurch das Umsteuersignal und das Teilspeisungsfiußfestlegen. Eine obere Grenze wird durch eine Diode 92, signal über einen Widerstand 140 bzw. 142 nach Masse ein Trimmpotentiometer 94 und einen Widerstand 96 in 50 abgeleitet werden. Das kombinierte Flußsignal am Verbindung mit einem positiven Potential C+, das einer summierenden Verbindungspunkt 144 enthält daher das Klemme 98 zugeführt ist festgelegt Vollspeisungsflußsignai von der Klemme 126 nach

Zur Einstellung der Verstärkungsfaktoren für das Modifikation durch eine geeignete Impedanzvorrich-Teilspeisungsflußsignal, wie es in F i g. 5 dargestellt ist tung, wie einen Widerstand 146. Für den Teilspeisungsist eine doppelte Rückführungsschleife vorgesehen, die 55 betrieb wird der Speisungsbezugsfaktor AR auf 0 Trimmpotentiometer 100 und 102 und Widerstände 104 eingestellt und das Zeitverhältniseingangssignal, das die und 106 enthält Für Werte des Flußsollwertsignales, die Schaltvorrichtung 134 betätigt enthält dann keine größer sind als FRu also der Wert, bei dem das Ventil 14 Impulse (d. h. Impulse der Breite 0), so daß die Schalter beginnt sich zu öffnen, jedoch kleiner als FRe, die Stelle, 136 und 138 öffnen und geöffnet bleiben und zum bei der sich die Steigung der Teiispeisungsflußsignalcha- 60 Verbindungspunkt 144 außer dem Vollspeisungsflußsirakteristik ändert, verhindert ein positives Vorspan- gnal über den Widerstand 146 ein konditioniertes Signal nungssignal D-f, das von einer Klemme 108 über ein gleich dem Umsteuersignal und dem Teilspeisungsfluß-Potentiometer 110 und eine Diode 112 zugeführt wird, signal, die durch die Widerstände 140,148 bzw. 142 und daß eine Diode 114 leitet so daß die Verstärkung für da3 150 proportional summiert werden, gelangen- Da das Teilspeisungsflußsignal durch das Trimmpotentiometer 65 Umsteuersignai für alle positiven Werte des Vollspei-100 bestimmt wird. (Durch ein negatives Voitpannungs- sungsflußsignales FA = -FA ist ist das kombinierte signs'. D—, das einer Klemme 116 zugeführt und durch Flußsignal an der Klemme 144 für ein Speisungsbezugsein Potentiometer 118 in Verbindung mit einem signal des Wertes 0,0 bei geeigneter Wahl der

Widerstände das durch die Widerstände 142 und 150 modifizierte Teilspeisungsflußsignal.

Bei Werten des Speisungsbezugsfaktors zwischen i,0 und 0. d. h. während eines Betriebsartüberganges (bei der folgenden Diskussion sollen dabei die Änderungen der Signale durch die Widerstände der Signalverarbeitungsschaltung 124 der Einfachheit halber außer acht gelassen werden) sind die Beiträge des Umsteuersignals R und des Teilspeisungssteuersignales PA zum kombinierten Flußsignal an der Verbindung 144 gleich (R + PA) (1 — AR). Für positive Werte des Vollspeisungsflußsignales. für die R=- FA gilt, ist das kombinierte Flußsignal also PA (1 - AR) + FA(AR)

Außer de.- Anordnung zum Errechnen des kombinierten Flußsignals an der Klemme 144 enthält die Steuerventilstelleinheit 30 außerdem einen Hubsignalgenerator 154, der das kombinierte Flußsignal hinsichtlich der typischen nicht-linearen Abhängigkeit zwischen dem Ventildurchsatz und dem Ventilhub korrigiert und an einer Klemme 156 ein elektrisches Ventilhubsignal erzeugt Das elektrische Ventilhubsignal kann in bekannter Weise, z. B. wie es in der oben bereits erwähnten US-PS 34 03 892 beschrieben ist, durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in der Steuerventilstelleinheit 50 in einen entsprechenden Hub oder eine entsprechende Stellung des Steuerventils umgesetzt werden, z. B. mittels eines hydraulischen Fluids, das in Verbindung mit einem Steuerventil einen Kolben betätigt, der mit einem bewegüchen Ventilteller des Steuerventils 14 verbunden ist

Da die Verwendung verschiedener Hubsignalfunktionen für den Teilspeisungsbetiieb und den Vollspeisungsbetrieb zu einer sehr komplizierten Steuereinrichtung führen würde, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie es bei dem Hubsignalgenerator 154 in F i g. 6 dargestellt ist, ein und dieselbe Kurve, die als stückweise. Gerade mit drei Neigungen enthaltende »lineare« Approximation der Fluß/Hub-Charakteristik der jeweiligen im Vollspeisungsbetrieb arbeitenden Steuerventile konstruiert ist, in den verschiedenen Hubsignalgeneratoren, wie dem Hubsignalgenerator 154, für die Erzeugung des elektrischen Ventilhubsignals für beide Betriebsarten verwendet. Die Verwendung einer einzigen Kurve, die aufgrund der Vollspeisungs-Fluß/Hub-Charakteristik konstruiert ist, sowohl für den Vollspeisungsbetrieb als auch mit geeigneter Umeichung durch die Teilspeisungsverstärkerschaltung 78 des Flußsignalgenerators 46 für den Teilspeisungsbetrieb und Zwischenbetriebszustände ergibt nicht nur eine weniger komplizierte Steuereinrichtung als sie zwei Sätze von Funktionen erfordern würden, sondern ermöglicht auch den Fluß bzw. die Dampfmenge während eines Betriebsartüberganges besser konstant zu halten als bei Verwendung einer einzigen Kurve, die aufgrund der Teilspeisungs-FIuß/Hub-Charakteristik konstruiert ist Eine höhere Flußgenauigkeit ermöglicht wiederum eine bessere Steuerung der Temperatur der ersten Stufe und der Beanspruchungen der Turbine.

Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 13 soll anhand der Beschreibung eines Betriebsartwechsels vom Vollspeisungsbetrieb auf den Teilspeisungsbetrieb erläutert werden, selbstverständlich sind in entsprechender Weise Betriebsartwechsel vom Teilspeisungsbetrieb in den Vollspeisungsbetrieb und von einem dazv/ischen liegenden Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand möglich. Zu Beginn des Betriebsartwechsels arbeiten die Steuerventile 14,15 16 und 17 im Vollspeisungsbetrieb, in dem sie jeweils einen TeiS der gesamten Dampfmenge zum Turbineneinlaß durchlassen. Der Speisungsbezugsfaktor AR in der Speisungsbezugseinfieit 56 ist also 1,0 und das Speisungsbezugseingangssignal der Zeitverhältnisschaltung 55 erzeugt

einen Multiplikator, der das Umsteuersignal und das Teilspeisungsflußsignal in der Signalverarbeitungsschaltung 124 jeweils mit 0 multipliziert, so daß am Verbindungspunkt 144 ein kombiniertes Flußsignal gleich dem Vollspeisungssignal erzeugt wird und der

is Hubsignalgenerator 154 dementsprechend ein Volispeisungs-Ventilhubsignal erzeugt Um den Übergang auf den Teilsoeisungsbetrieb zu bewirken, wird der Speisungsbezugsfaktor AR in der Speisungsbezugseinheit 56 mit einer geeigneten Geschwindigkeit von 1,0 auf 0 geändert Es sei bemerkt, daß der Speisungsbezugsfaktor AR und damit das Speisungsbezugssigna! in der Einheit 56 mit unterschiedlicher Geschwindigksit geändert werden kann. z. B. durch ein von Hand oder durch einen Motor angetriebenes Potentiometer (nicht darges.ellt) oder alternativ kann die Speisungsbezugseinheit 56 mit einer geeigneten Beanspruchungs- oder Spannungssteuereinheit verbunden sein und der Speisungsbezugsfaktor kann dann so geändert werden, daß die Wärmespannungen in der Turbine auf bestimmten Werten oder möglichst klein gehalten werden.

Das gesteuerte Verringern des Speisungsbezugsfaktors AR von 1.0 auf 0 verringert fortschreitend die Breite der Impulse des Zeitverhältniseingangssignals der Signalverarbeitungsschaltung 124, wodurch der Multiplikator für das Teilspeisungsflußsignal und das Umsteuersignal vergrößert wird, bis der Multiplikator bei AR=0,0 den Wert 1,0 erreicht Das kombinierte Flußsignal am Verbindu.;gspunkt 144 ist dann gleich dem Teilspeisungsflußsignal und der Hubsignalgenerator 154 erzeugt ein Ventilhubsignal für den Teilspeisungsbetrieb. Während des Betriebsartüberganges ändert sich das kombinierte Flußsignal für jedes der Ventile 14, 15, 16 und 17 am Verbindungspu kt 144 linear mit dem Speisungsbezugsfaktor vom Vollspeisungsbetriebssignal auf das Teilspeisungsflußsignal, wie es durch die ausgezogenen Linien in F i g. 2 dargestellt ist Hierdurch wird die der Turbine zugeführte Dampfmenge während des Überganges konstant gehalten und ergibt sich eine im wesentlichen lineare

so Änderung der Temperatur des Gehäuses der ersten Turbinenstufe mit dem Speisungsbezugsfaktor AR. Da die Änderungsgeschwindigkeit des Speisun^Sezugsfaktors AR gesteuert wird, sind auch die Temperaturänderungen und damit die Wärmespannungswerte während des Betriebsartwechsels gesteuert

Das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln, z. B. kann eine andere Anzahl von Geraden unterschiedlicher Neigung zur Erzeugung der in F i g. 5 dargestellten Teilspeisungsflußsignalfunktion oder der in Fig.6 dargestellten Hubsignalfunktion verwendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 29 00 33ο

   Patentansprüche:

   I. Verfahren zum Umsteuern von Ventilen, die Düsengruppen einer ersten Stufe einer Dampfturbine speisen, zwischen einem VoUspeisungsbetrieb und einem Teilspeisungsbetrieb der Düsengruppen, wobei der gesamte DampffluB fan wesentlichen konstant bleibt und die Temperaturen des Gehäuses der ersten Turbinenstufe sich bei der Umsteuerung kontrolliert ändert, mit den Verfahrensschritten: