DE3021375A1

DE3021375A1 - Regelanordnung fuer eine dampfturbine mit einen gleitenden oder konstanten druck aufweisenden kesseln

Info

Publication number: DE3021375A1
Application number: DE19803021375
Authority: DE
Inventors: Patrick Coleman Callan; Markus Adrian Eggenberger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1980-12-18
Also published as: CA1146651A; ES491932A0; US4253308A; KR830002985A; JPS6033963B2; IT8022564A0; ES8102632A1; CH653744A5; JPS569607A; MX151025A; IT1149972B; KR840000920B1

Description

Regelanordnung für eine Dampfturbine mit einen gleitenden oder konstanten Druck aufweisenden Kesseln

Die Erfindung bezieht sich auf Regelanordnungen für Dampfturbinen und insbesondere auf eine Regelanordnung, die einen umfassenden Betrieb einer Nacherwärmungs-Dampfturbine mit einen konstanten oder gleitenden Druckfaufweisenden Kesseln ermöglicht.

Es können gewisse Vorteile erzielt werden, wenn die Dampfturbinen von elektrischen Kraftwerksstationen mit einen konstanten oder gleitenden Druck aufweisenden Kesseln betrieben werden. Diese Betriebsart gestattet, daß der Dampfkessel auf einer hohen Dampferzeugungsgeschwindigkeit gehalten wird unabhängig vqn dem Lastbedarf der dampfgetriebenen Turbine, und dies/dadurch erreicht, daß eine Bypassanordnung verwendet wird, um während der Perioden einer kleinen Turbinenlast den überschüssigen Dampf um die Turbine herum direkt zum Kondensor zu leiten. Wenn die Turbinenlast zunimmt, kann mehr Dampf der Turbine zugeführt und weniger im Bypass vorbeigeleitet werden, bis ein Punkt erreicht ist, an dem der gesamte Dampf der Turbine zugeführt und keiner vorbeigeleitet wird. Wenn der Bypass vollständig abgesperrt ist, kann der Kesseldruck erhöht werden oder nach oben gleiten bis zu seinem Nenndruck mit Unterstützung des Dampfbedarfes der Turbine. Umgekehrt kann bei einem Abfallen der Turbinenlast der Kesseldruck nach unten gleiten bis zu einem gewissen zulässigen Minimalwert, dem nötigenfalls wieder eine Bypass-Umleitung von überschüssigem Dampf folgt. Zu den Hauptvorteilen dieser Betriebsart gehören (1) kürzere Turbinenanlaufzeiten, (2) eine Verwendung von größeren Turbinen für pendelnde Leistungen, wo ein schnelles Ansprechen auf

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Laständerungen vorhanden sein muß, und (3) Vermeidung der Kesselauslösung bei einem plötzlichen Lastabwurf. Eine allgemeine Erörterung der Betriebsart mit gleitendem Druck ist in dem Band 35, Proceedings of the American Power Conference, "Bypass Stations for Better Coordination Between Steam Turbine and Steam Generation Operation" von Peter Martin und Ludwig Holly, beschrieben.

Im Gegensatz zu der üblicheren Turbinenbetriebsart (wo der Kessel nur genügend Dampf zur unmittelbaren Verwendung erzeugt und wo keine Bypassventile vorhanden sind) erfordert die Betriebsart mit gleitendem Druck eine vereinheitlichte Regelung einer komplexeren Ventilanordnung. Die Regelanordnung muß für eine präzise Koordination der verschiedenen Ventile in den Dampfströmungswegen sorgen und dies bei allen Betriebsbedingungen, bei denen eine entsprechende Last- und Drehzahlregelung aufrecht erhalten wird. Es gibt drei Hauptphasen, die bei dem Betrieb betrachtet werden müssen.

1. Bei der stillstehenden Turbine und dem einen verminderten Druck aufweisenden Kessel, oder beim Hochfahren, muß Dampf von der Hauptdampfleitung zur kalten Nacherwärmungsleitung und von der heißen Nacherwärmungsleitung zum Kondensor durch Druck-gesteuerte Bypassventile umgeleitet werden;

2. beim Hochfahren der Turbine sollten die Steuer- und Abfangventile öffnen in einer gewissen Relation, die den Nacherwärmungsdruck auf einem vorbestimmten Wert unabhängig von dem Hauptdampfdruck hält, und in Koordination mit den Bypassventilen für eine vereinheitlichte Regelung der Kessel- und Nacherwärmungsdrucke;

3. bei einer vorbestimmten Turbinenlast sollten die Bypassventile vollständig geschlossen werden, die Steuerventile in einer etwa konstanten Position gehalten werden und der Kesseldruck sollte auf den Nenndruck hochgefahren werden, indem die Dampfströmung vergrößert wird.

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Es sind verschiedene Regelsysteme für Nacherwärmungs-Dampfturbinen entwickelt worden, die mit einem gleitenden Druck arbeiten. Bei einer bekannten Art wird der Druck in der ersten Turbinenstufe als ein Anzeigesignal der Dampfströmung verwendet, von der die Bezugswerte erzeugt werden, um die Hochdruck- und Niederdruck-Bypassventile zu steuern. Dort sind jedoch weder Maßnahmen zum direkten Koordinieren der Bypassventile mit dem Betrieb des Hauptsteuerventiles, das auf Drehzahl- und Lasterfordernisse ansprechen muß, noch für die Koordination mit anderen Ventilen des Systems. Ferner muß berücksichtigt werden, daß der Druck der ersten Stufe kein gültiger Indikator für die Dampfströmung unter allen herrschenden Bedingungen ist.

In einem anderen bekannten Regelsystem mit gleitendem Druck liefert eine Strömungsmeßöffnung in der Hauptdampfleitung ein Signal für die gesamte Dampfströmung, die die Basis für ein Druckbezugssignal zur Steuerung der Hochdruck- und Niederdruck-Bypassventile bildet. Die auf diese Weise ausgeführte Strömungsmessung erfordert einen Eingriff in den Dampfströmungspfad, einen entsprechenden Druckabfall und eine zusätzliche Einrichtung, die normalerweise nicht vorhanden ist.

Die grundlegenden Signale, von denen diese und andere bekannte Systeme für die Regelung abhängen, werden von anderen Quellen als dem Regler abgeleitet, der für die Aufrechterhaltung der Turbinendrehzahl und -last verantwortlich ist. Somit ist in diesen bekannten Systemen eine Gruppe von etwas unabhängigen Regelschleifen vorhanden, nämlich eine für Drehzahl und Last, andere für die Bypassventile.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine umfassende Regelanordnung für Turbinen in der einen gleitenden oder konstanten Druck aufweisenden Betriebsart zu schaffen, wobei die Drehzahl- und Laststeueranordnung in ein ver-

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einheitlichtes System zur Steuerung aller Ventile eingefügt ist und wobei der Betrieb koordiniert ist mit der Regelung der Kessel- und Nacherwärmungsdrucke durch eine automatische Einstellung des Hauptsteuerventiles, des Abfangventiles und der Hochdruck- und Niederdruck-Bypassventile.

Weiterhin soll ein verbessertes und vereinheitlichtes Regelsystem für Nacherwärmungs-Dampfturbinen geschaffen werden, die in Verbindung mit einen gleitenden oder konstanten Druckjaufwe is enden Kesseln arbeiten und wobei die selbsttätige Regelung während aller Betriebsphasen der Turbine wirksam ist.

Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Regelanordnung für eine Nacherwärmungs-Dampfturbine geschaffen, die mit einen gleitenden oder konstanten druckaufweisenden Kesseln arbeitet, indem ein dem tatsächlichen Lastbedarf entsprechendes Signal erzeugt wird, von dem zwei unabhängige Druckbezugsfunktionen erzeugt werden. Als Sollwerte dienend, werden die Druckbezugswerte mit dem tatsächlichen Kessel- und Nacherwärmungsdruck verglichen, um die Hochdruck- und Niederdruck-Bypassventile entsprechend zu regeln. Das dem tatsächlichen Lastbedarf entsprechende Signal, dessen Verstärkung bzw. Gewinn umgekehrt proportional zu dem minimalen zulässigen Nacherwärmungsdruck ist,/direkt zugeführt, um das Abfangventil einzustellen. Das Hauptsteuerventil wird durch Drehzahl- und Lastsignale eingestellt, wie es in der US-PS 3 097 488 beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen wird. Das dem tatsächlichen Lastbedarf entsprechende Signal ist das Ergebnis eines Multiplizierelementes und ist das Produkt des Kesseldruckes und des Hochdruck-Steuerventil-Stellsignales, das von der Drehzahl- und Laststeuerschleife abgeleitet wird. Es wird für eine kontinuierliche Ausgabe des dem tatsächlichen Lastbedarf entsprechenden Signales gesorgt, um unter allen Betriebs- -

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bedingen als eine Anzeige des tatsächlichen Lastbedarfes gültig zu sein.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 stellt schematisch in Blockform ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbinenregelanordnung gemäß der Erfindung dar.

Figur 2 ist ein Beispiel des Hochdruck-Bezugssignals (P₁₁₁₁₁, „,.) , das als eine Funktion des tatsächlic

Kür IiD

Lastbedarfsignales erzeugt wird.

Figur 3 ist ein Beispiel des Nuederdruck-Bezugssignales (Ρ,,™-, ,_Tr.) , das als eine Funktion

Kür INU

Lastbedarfsignales erzeugt wird.

,_Tr.) , das als eine Funktion des tatsächlichen

Figur 4 zeigt grafisch die Relation zwischen der HD-Steuerventil-Dampfströmung, dem Nacherwärmungsdruck und der Stellung des Abfangventiles bei Laständerungen als Funktionen des Turbinenlastsignales und bei einem konstanten Kesseldruck.

Figur 5 ist eine ähnliche grafische Darstellung wie Figur und zeigt die Koordination der Steuerung zwischen dem Abfangventil und dem HD-Steuerventil, um einen minimalen Nacherwärmungsdruck bei kleineren Lasten aufrechtzuerhalten und zeigt in Verbindung mit Figur 4, daß die Ventilkoordination unabhängig von dem Kesseldruck ist.

Bei dem in Figur 1 gezeigten elektrischen Kraftwerk dient ein Kessel 1 als die Quelle für Hochdruckdampf, der das Arbeitsmittel bildet, um eine Nacherwärmungs-Dampfturbine

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anzutreiben, die eine Hochdruck-(HD-)Turbine 3, eine Zwischendruck- (ZD-) Turbine 4 und eine Niederdruck-(ND-)Turbine umfaßt. Die Turbinenabschnitte 3 und 4 und 5 sind durch eine Welle 8 tandemartig miteinander und mit einem elektrischen Generator 7 verbunden.

Der DampfStrömungsweg vom Kessel 1 führt über eine Leitung 9, von der Dampf der HD-Turbine 3 über ein Hauptsperrventil 10 und ein HD-Steuerventil 11 zugeführt werden kann. Ein Hochdruck-Bypass-Untersystem mit einem HD-Bypassventil 12 und einer Heißdampfkühlstation 13 bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um die HD-Turbine 3 herum. Aus der HD-Turbine 3 austretender Dampf strömt durch ein Sperrventil 14, um mit herum—geleitetem Dampf zusammengeführt zu werden, und der Gesamtdampf strömt durch einen Nacherhitzer 15. Von dem Nacherhitzer 15 kann Dampf durch das Abfangventil 16 und ein Nacherhitzungs-Sperrventil 17 der ZD-Turbine 4 und ND-Turbine 5 zugeführt werden, die durch eine Leitung 18 in Reihe geschaltet sind. Der aus der ND-Turbine austretende Dampf strömt zu einem Kondensor 19. Ein Niederdruck-Bypass-Untersystern mit einem ND-Bypassventil 21, einem ND-Bypass-Sperrventil 22 und einem Heißdampfkühler bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um die ZD-Turbine und die ND-Turbine 5 herum zum Kondensor 19.

Die Drehzahl und Ausgangsleistung der Turbine 2 stehen in Beziehung zur Dampfzufuhr durch das Steuerventil 11, das zu Erläuterungzwecken hier zwar als ein einzelnes Ventil dargestellt ist, das aber tatsächlich eine Vielzahl von Ventilen umfaßt, die in ümfangsrichtung um den Einlaß der Hochdruckturbine herum angeordnet sind, um nach Wunsch eine Dampfzufuhr auf einem vollen oder Teilbögen zu erreichen. Eine Drehzahl- und Lastregelschleife, die zum Einstellen des Steuerventiles 11 dient, umfaßt einen Drehzahlwandler 24, der ein Signal entsprechend der Ist-Drehzahl der Turbine liefert, eine Drehzahl-Sollwerteinheit 25, durch die die

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Solldrehzahl gewählt werden kann, und eine erste Summierstelle 26, die die Istdrehzahl mit der Solldrehzahl vergleicht und ein Drehzahlfehlersignal liefert, das der Differenz proportional ist. Das Fehlersignal von der Summierstelle 26 wird durch ein Verstärkungselement 27 verstärkt, um die eine Eingangsgröße für eine zweite Summierstelle 28 zu bilden, in der das verstärkte Fehlersignal mit einer Last-Sollgröße R, verglichen wird, die durch eine Last-Sollwerteinheit 29 geliefert wird. Unter stationären Bedingungen ist das Drehzahlfehlersignal null, so daß die Ausgangsgröße der zweiten Summierstelle 28 ein Signal ist, das den Last-Sollwert darstellt. Dieses Signal, das mit E_T bezeichnet ist, wird einer /-Steuereinheit 30 zuge-

führt. Die Steuereinheit 30 kann einen Leistungsverstärker enthalten, um das Steuerventil 11 gemäß der Größe E zu

J_l

betätigen, und sie kann auch Mittel enthalten, um die Strömungscharakteristiken des Steuerventiles 11 zu linearisieren. Der Drehzahl- und Laststeuerungszweig der Anordnung ist im wesentlichen der gleiche, wie er in der eingangs bereits erwähnten US-PS 3 097 488 beschrieben ist. ^Steuerventil

Die Steuerung des HD-Bypassventiles 12, des ND-Bypassventiles 21 und des Abfangventiles 16 wird durch ein Signal bestimmt, das den tatsächlichen Lastbedarf (ALD) angibt und mit e' bezeichnet ist. Das Signal e' wird da-

Ij Li

durch gebildet, daß das Produkt von E₁. (Ausgangsgröße der

zweiten Summierstelle 28) und P₀ (Kesseldruck wie durch den Druckwandler 32 gemessen wird) in dem Multiplizierer 33 gebildet wird. Das ALD-Signal E' wird einer Lastbe-

Li

darfsanzeige 34 zugeführt zusätzlich zu Regelschleifen zum Regeln des HD-Bypassventiles 12, des ND-Bypassventiles 21 und des Abfangventiles 16, wie es vorstehend erläutert wurde. Die HD-Bypass-Regelschleife umfaßt einen P_{REF H}r)~ Funktionsgenerator 35, einen Modenwähler 41, einen Geschwindigkeitsbegrenzer 36, eine dritte Summierstelle 37,

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eine Kesseldruckwandler 32, einen PI-Regler 38, einen Hand/ Automatik-Wähler 39 und das HD-Bypassventil 12. Die ND-Bypassregelschleife umfaßt einen P_RFF „„-Funktionsgenerator 40, eine vierte Summierstelle 42, einen Nacherwärmungsdruckwandler 43, einen PI-Regler 44, einen Hand/Automatik-Wähler 45 und das ND-Bypassventil 21. Die Abfangventil-Regelschleife umfaßt einen einstellbaren Verstärker 46, das Abfangventil 16 und eine /-Regeleinheit 47, die Mittel zum Linearisieren der Strömungscharakteristiken des Ventiles 16 enthalten kann. ^Abfangventil

In der HD-Bypass-Steuerschleife liefert der P-™ „„-Funk-

.Kiir HL/

tionsgenerator 35 ein Bezugs- oder Sollwertsignal, mit dem der Kesseldruck P₁-., wie er durch den Wandler 32 ge-

messen wird, in der dritten Summierstelle 37 verglichen wird. Das HD-Bypassventil 12 wird gemäß dem Ausgangssignal aus der Summierstelle 37 eingestellt, wobei es mehr oder weniger geöffnet wird, wenn P₁₃ größer oder kleiner als das P_n,-,,-, „„-Signal aus dem Funktionsgenerator 35 ist.

Ein Beispiel der durch den P_n^₁₇-, „ -Funktionsgenerator 35

KJir nJJ

erzeugten Funktion ist in Figur 2 gezeigt, wobei ?„„„ _Hn eine Funktion von E ' ist. In dem gezeigten Beispiel ist

L·

P_n^_n „_ bei kleinen Werten von E_T' konstant gleich einem

tihit HJJ Jj

minimalen gewählten Kesseldruck P_{R MT}„ und steigt dann mit höheren Werten von E ' auf einen zweiten konstanten Wert

Lt

P an, der gerade etwas größer als der Kesselnenndruck gewählt ist. An dem Funktionsgenerator 35 sind Einstellungen 50 bzw. 51 vorgesehen, um P und den Wert OC der Steigung des ansteigenden Teils der Funktion ?„_„ „„.

KJir ilU

vorgesehen. Im Hinblick auf den Ventilbetrieb ist das HD-Bypassventil 12 bei den kleineren Werten von E' gedrosselt,

j_j

um P beizubehalten, und ist vollständig geschlossen, wenn die Funktion ?_.„„ „„ ansteigt. In der beschriebenen

KiIJ? HD

Weise arbeitende Funktionsgeneratoren und wie sie im folgenden in Verbindung mit der ND-Bypassregelschleife beschrieben werden, sind allgemein bekannt und beispielsweise

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in der US-PS 3 097 488 beschrieben.

Der Geschwindigkeitsbegrenzer 36 verhindert, daß Ρ_π™ „_.

Rür HD

mit einer übermäßigen Geschwindigkeit bei einem plötzlichen Abfall von E_T' abfällt, wie es bei einem lötzlichen Lastabwurf geschehen kann. Dies verhindert das Auftreten eines großen Fehlersignales, das die Tendenz haben würde, das Bypassventil 12 schnell von der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu bringen, wodurch ein Schock auf den Kessel 1 wegen der schnellen Entspannung des Dampfdruckes ausgeübt würde. Der PI-Regler 38 empfängt das Fehlersignal von der dritten Summierstelle 37, um ein dem Fehler und seinem Zeitintegral proportionales Signal zu erzeugen, um so das HD-Bypassventil 12 entsprechend einzustellen. Der Hand/Automatikwähler 39 sorgt für eine Herauslösung des HD-Bypassventiles 12 aus der selbsttätigen Regelung, so daß es manuell eingestellt werden kann, und er gestattet, daß die Regelung schnell von automatisch auf Hand und umgekehrt umgeschaltet werden kann. Der Modenwähler 41 gestattet eine Regelung gemäß der Ρ_πϋτ-, „ -Funktion (gleitender

Kür HD

Druck) oder durch Ersatz eines konstanten Wertes für P₁-^₁-, _IT~

Kür nU

bei einem konstanten Druck.

In der ND-Bypass-Regelschleife liefert der P -Funktions-Kür iND

generator 40 ein Druckreferenzsignal oder ein Sollwert auf der Basis des Wertes von E_T'wie es beispielsweise in Fi-

Lj /

gur 3 gezeigt ist. Die Funktion P_„_ „„ ist konstant bei

Kür JMU

kleineren Werten von E₁. ' , wodurch der minimale zulässige

Li

Wiedererhitzungsdruck P₇₁₁₁₁₁ .._T._T dargestellt ist, und steigt

KÜH JXlLIN /O

dann gradlinig mit der Steigungyan, wenn die Werte E_T' zu-

Lj

nehmen. Der P_n^₀ „„-Funktionsgenerator 40 ist mit einer

Kür INJJ

Einstellung 52 versehen, um den Wert von P_RFtt _MTv, zu wählen, der durch die Betriebspezifikationen des Nacherhitzungskessels 16 bestimmt ist. Der Wert von Ρ_πτ,_ ._TT^ wird mit

Kül; ND

dem tatsächlichen Nacherhitzerdruck, wie es durch den Wandler 43 gemessen wird, in der vierten Summierstelle 42 ver-

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_ 15 —

glichen, und das daraus resultierende Fehlersignal wird dem PI-Regler 44 zugeführt, der automatisch auf die Betätigung des ND-Bypassventiles 21 einwirkt, um das Fehlersignal auf einen minimalen Wert zu halten. Der Hand/Automatik-Wähler 45 gestattet, daß das ND-Bypassventil 21 manuell oder automatisch betätigt wird, wie es vorstehend bereits für das HD-Bypassventil 12 beschrieben wurde.

Die Abfang-Regelschleife sorgt für eine Drosselung des Abfangventiles bei verminderter Last, um den minimalen zulässigen Nacherhitzerdruck P„„„ .„ aufrechtzuerhalten. Dies

JtvEiXl Mill

wird dadurch erreicht, daß das Signal E_T' durch den Verstärker 46 geleitet wird, dessen Verstärkung bzw. Gewinn umgekehrt proportional zu P-ppo _MTN gewählt ist. Die Ausgangsgröße aus dem Verstärker 46 wird der AV-Regeleinheit 47 zugeführt, die ein proportionales Leistungssignal zur Betätigung des Abfangventils 16 liefert. Der koordinierte Betrieb des Regelventiles 11 mit dem Abfangventil 16 ist in den Figuren 4 und 5 grafisch dargestellt, wobei jede Figur die Ergebnisse mit einem unterschiedlichen Kesseldruck P_n zeigt. Die Kurven in den Figuren 4 und 5 sind in normierten Einheiten gezeigt, die einen Bereich von null bis 1,0 überdecken, welche allgemein die mögliche Spanne einer bestimmten Variablen von null bis 100 % darstellen. Beispielsweise kann ein Kesseldruck Pjder mit 0,5 Einheiten bezeichnet ist, als ein Kesseldruck von 50 % des Nenndruckes verstanden werden. Somit zeigt bei der Bezugnahme auf die Darstellung der Abfangventilöffnung, wie sie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, ein normierter Wert von 1,0 an, daß das Ventil vollständig geöffnet ist, ein Wert von 0,5 zeigt an, daß das Ventil halb geöffnet ist usw. Dies gestattet die Beschreibung der Steueranordnung unabhängig von begrenzenden Parametern von irgendeiner gegebenen Systemkomponente, beispielsweise der Kesselkapazität oder dem Druck. Die Bilder zeigen, daß das Abfangventil

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- 16 über dem Bereich von E , der zur Aufrechterhaltung des mini-

J-I

malen Nacherhitzerdruckes gemäß E' und der Dampfströmung durch das Regelventil 11 erforderlich ist, drosselt, aber unabhängig von dem Hauptkesseldruck.

Die Arbeitsweise der Regelanordnung gemäß der Erfindung kann am besten durch numerische Werte erläutert werden, die den verschiedenen Betriebsparametern als Beispiele zugeordnet werden. Zu diesem Zweck und zur Signalmanipulation können die Parameter als normierte Einheiten ausgdrückt werden, wie es vorstehend erläutert wurde. Für die folgende Beschreibung der verschiedenen Phasen des Turbinenbetriebes wird auf die Figuren 1-5 Bezug genommen.

Unmittelbar vor dem Hochfahren der Turbine wird der Kessel 1 bei einer gewissen minimalen Dampfströmung und Druck in Betrieb gesetzt. Beispielsweise können 0,3 Einheiten der Dampfströmung bei 0,4 Druckeinheiten vorhanden sein, wobei der gesamte Dampf durch das Bypass-System um die Turbine 2 herum zum Kondensor 19 umgeleitet wird. Die Turbine 2 wird dann durch entsprechende Einstellung der Drehzahl-Sollwerteinheit 25 und der Last-Sollwerteinheit 29 gestartet, damit Dampf durch das Regelventil 11 und das Abfangventil 16 strömt. Wenn beispielsweise das Last-Sollwertsignal R_x auf 0,3 Einheiten erhöht ist und wenn kein Drehzahlfehler angenommen wird, dann ist auch E₇. =0,3 und die Strömung zur

Ii

Hochdruckturbine 3 beträgt 0,12 Einheiten (0,3 E_T· 0,4 P_ =

Ij ti

0,12 E£ ). Die Anzeige 34 für den tatsächlichen Lastbedarf (ALD) zeigt an diesem Punkt 0,12 Einheiten Bedarf an, was numerisch gleich der Dampfströmung in die Hochdruckturbine 3 ist. Wenn ferner die minimal zulässige Nacherhitzer-Druckeinstellung Pngjj _MIN 0,3 Einheiten beträgt, dann beträgt

auch die Strömung durch das Abfangventil 16, die Zwischendruckturbine 4 und die Niederdruckturbine 5 0,12 Einheiten ⁽⁰'^{3 P}REH ^X °'^{12 E}L ^/0'^{3 P}REH MIN^}* ^Der letztgenannte Klammerausdruck resultiert aus dem Multiplizieren des Nacherhitzerdruckers mit dem ALD-Signal und dem Multiplizieren

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dieses Druckes mit dem Gewinn bzw. der Verstärkung

(J ) des Verstärkers 46 der Abfangschleife.

^PREH MIN

Wenn an diesem Punkt R_T auf 0,7 erhöht wird, wandert das ALD-Signal auf 0,28 und bei den Kurven gemäß den Figuren 2 und 3 als Beispielen werden die HD- und ND-Bypassventile 12 und 21 nahezu vollständig geschlossen, wobei die Größen Ρ_πτ^_{τη TTr}, und Ρ™,-, ,,- am Rande ihres geraden Anstieges sind. Die Strömung durch das Abfangventil 16 beträgt 0,28 Einheiten (0,3 P_REH χ 0,28 E_L'/0,3 P^_{n MIN}) , und das Ventil

16 ist nahezu ganz geöffnet (0,28 E' /0,3 P ungefähr gleich 1, 0 Einheiten, wobei ein Wert von 1,0 in der Abfangregelschleife dazu führt, daß das Abfangventil 16 vollständig geöffnet ist). Da der Gewinn bzw. die Verstärkung der Abfangschleife an den Kehrwert von P_{RPH MTN} angepaßt ist, ist eine Koordination des Regelventiles 11 und des Abfangventiles 16 sichergestellt, wie es durch die Kurven in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.

Bei höheren Lasten kann das Signal R_T fest sein oder konstand gehalten werden, und wenn die Bedingungen bezüglich der Drehzahl stationär sind, ist R = E . Somit ist das Regelventil 11 in einer festen Stellung und der Kesseldruck kann aufwärts gleiten, um den steigenden Lastbedürfnissen der Turbine 2 zu genügen. Die ALD-Anzeige 34 stellt den tatsächlichen Lastbedarf unter allen Bedingungen dar, und zeigt einen steigenden Wert, wenn der Kesseldruck sich nach oben verschiebt. Oberhalb 0,7 Einheiten der Ist-Last befindet sich, wie es in den Beispielen gemäß den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, der Kessel auf vollem Druck, und die Regelung der Turbine 2 ist wie üblich bei einer Turbine, die keine Bypass-Ventilanordnung aufweist.

Wenn die Last vermindert wird, kann der Modenwähler 41 ins Spiel gebracht werden, wodurch der Kessel 1 auf einem konstanten erhöhten Druck betrieben werden kann. Bei dieser

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Betriebsart mit konstantem Druck negiert der Modenwähler 41 die Wirkung eines sich ändernden Wertes von E_T' auf die Ausgangsgröße des Funktionsgenerators 35, indem ein konstanter Wert für Ρ™,., „^ eingesetzt wird. Bei konstantem

KlJr HL)

Druck arbeitet das Abfangventil 16 in Koordination mit dem Regelventil 11, wenn die Last verkleinert wird; das HD-Bypassventil 12 steuert den Druck des Kessels 1 an einem gewählten konstanten Wert von Ppp-c, _Hn; und das ND-Bypassventil steuert mit dem Abfangventil den Nacherhitzerdruck.

Wenn die Turbinenlast während des Betriebes mit variablem Druck verkleinert wird und wenn kein plötzlicher Lastabwurf vorhanden ist, verläuft die Arbeitsweise der Anordnungumgekehrt zu derjenigen bei dem Lastanstieg, und die Kessel- und Nacherhitzerdrucke können nach unten gleiten bis zu den minimalen vorgewählten Werten. Bei einem plötzlichen Lastabwurf verhindert der Geschwindigkeitsbegrenzer 36 einen steilen Abfall in dem Signal, das der dritten Summiersteile 37 zugeführt wird, wodurch ein schnelles Öffnen des HD-Bypassventiles 12 verhindert und ein plötzliches Ablasen des Druckes im Kessel 1 bewirkt wird.

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Claims

Dr. rer. nah Horst Schüler f⁰⁰ *™Μ«*/Μοΐη 14.Juni 19βο

Kaiserstrasse 41 Vo. / he

PATENTANWALT .„,...„„„

Telefon (0611) 235555

Telex: 04-16759 mapat d

3 0 2 1 3 7 ¹U Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M.

^ ' ^Ό Bankkonto: 225/0389

Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

8387-17TU-2779

GENERAL ELECTRIC COMPANY

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

Ansprüche

. ^Regelanordnung für eine Dampfturbine, die in Verbindung mit einem Dampfdruck erzeugenden Kessel arbeitet, mit einem Hochdruck-(HD-)Abschnitt, wenigstens einem Niederdruck- (ND-) Abschnitt, einer Dampfleitung, die den HD-Abschnitt mit dem ND-Abschnitt über einen Dampfnacherhitzer verbindet, wenigstens einem Exnlaßregelventxl zum Regeln der Dampfströmung in den HD-Abschnitt und einem Abfangventil zum Regeln der Dampfströmung zum ND-Abschnitt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

ein HD-Bypass-Untersystem (12, 13) zum Herumleiten des Dampfes um den HD-Abschnitt, wobei das Bypass-Untersystem ein HD-Bypass-Ventil (12) zur Steuerung der Dampfströmung aufweist,

ein ND-Bypass-Untersystem (21-23) zum Herumleiten des Dampfes um den ND-Abschnitt, wobei das Bypass-Untersystem ein ND-Bypass-Ventil (21) zum Steuern der Dampfströmung aufweist,

eine Last- und Drehzahl-Regelschleife zum Betätigen des Einlaßregelventil (11) für eine Einhaltung der eingestellten Turbinendrehzahl und -last, wobei die Regelschleife ein Einlaßventil-Stellsxgnal aufweist,

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ORlQlNAL INSPECTH)

ein Multiplizierer (33) liefert ein den tatsächlichen Lastbedarf anzeigendes Signal (E' ),das das Produkt des Kesseldampfdruckes (P_R) und des Einlaßventil-Stellsignales (E ) darstellt,

eine HD-Bypass-Regelschleife (35-39) zum Betätigen des HD-Bypassventiles (12) zur Regelung des Kesseidampfdrukkes gemäß einem ersten Bezugssignal, das durch das den tatsächlichen Lastbedarf darstellende Signal (E' ) be-

Lj

stimmt ist,

eine ND-Bypassregelschleife (40-45) zum Betätigen des ND-Bypassventiles (21) zur Regelung des Nacherhitzerdampfdruckes gemäß einem zweiten Bezugssignal, das durch das den tatsächlichen Lastbedarf darstellende Signal (E' ) bestimmt ist, und

Li

eine Abfangregelschleife (46, 47) zum Betätigen des Abfangventiles (16) in Abhängigkeit von dem den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signal (El ).

Li
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abfangregelschleife Mittel (46) aufweist zur Lieferung eines Abfangventilsignales, das proportional zum Produkt des den tatsächlichen Lastbedarf anzeigenden Signales (E_T') und umge-

Li

kehrt proportional zu einem gewählten Wert des Nacherhitzerdruckes ist zur Steuerung der Stellung des Abfangventiles (16).
3. Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die HD-Bypassregelschleife einen HD-Funktionsgenerator (35) zur Lieferung eines ersten Bezugssignales als eine vorgewählte Funktion des den tatsächlichen Lastbedarf anzeigenden Signales (E₁.¹), einen Wandler (32) zur Lieferung eines

Li

Kesseldampfdrucksignales (P_R) und Mittel (37) umfaßt zum Vergleichen des ersten Bezugssignales mit dem Kesseldrucksignal zur Erzeugung eines HD-Fehlersignales

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zur Steuerung der Stellung des HD-Bypassventiles (12) zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes zwischen dem ersten Bezugssignal· und dem Kesseldrucksignal, und daß die ND-Bypassregelschleife einen ND-Funktionsgenerator (40) zur Lieferung des zweiten Bezugssignales als eine vorgewählte Funktion des den tatsächlichen Lastbedarf anzeigenden Signales (E '), einen Wandler (43) zur Lieferung eines Nacherhitzerdampfdrucksignales und Mittel (42) umfaßt zum Vergleichen des zweiten Bezugssignales mit dem Nacherhitzerdrucksignal zur Erzeugung eines ND-Fehlersignales zur Steuerung der Stellung des ND-Bypassventiles (21) zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes zwischen dem zweiten Bezugssignal und dem Nacherhitzerdrucksignal.
4. Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der HD-Funktionsgenerator (35) das erste Bezugssignal für kleinere Werte des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales (E ') bei einem ersten konstanten Wert erzeugt und bei höheren Werten des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales (E ') das Referenzsignal mit einer konstan-

J_l

ten Steigung 'J* bis zu einem zweiten konstanten Wert linear ansteigen läßt, wobei der HD-Funktionsgenerator (35) Mittel (50) zum Wählen des ersten konstanten Wertes und Mittel (51) zum Wählen der Steigung Oc aufweist, und daß der ND-Funktionsgenerator (4O) das zweite Bezugssignal mit einem dritten konstanten Wert für kleinere Werte des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales (E ') liefert und bei höheren Werten des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales (E_T') das Bezugssignal mit einer Steigung /3 linear ansteigen läßt, wobei der ND-Funktionsgenerator (40) Mittel (52) aufweist zum Wählen des dritten konstanten Wertes.

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5. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die HD-Bypassregelschleife Mittel (36) aufweist zum Begrenzen der Änderungsgeschwindigkeit des ersten Bezugssignales derart, daß die Öffnungsgeschwindigkeit des HD-Bypassventiles (12) begrenzt ist.
6. Regelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel (34) zum Anzeigen der Größe des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales (E ') vorgesehen sind.
7. Regelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die HD-Bypassregelschleife Mittel (41) aufweist für einen selektiven Übergang zwischen einer Regelung mit gleitendem Druck und einer Regelung mit konstantem Druck, wobei die Übergangsmittel (41) Mittel zum Herauslösen des ersten Bezugssignales und zum Ersetzen eines konstanten Signales mit einem wählbaren Wert aufweist.
8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die HD-Bypassregelschleife einen HD-Hand/Automatik-Wähler (39) enthält für den übergang zwischen einer automatischen Betriebsart des HD-Bypassventiles (12), bei dem das Ventil in Abhängigkeit von dem HD-Fehlersignal betätigt ist, und einem manuellen Betrieb, bei dem das Ventil in Abhängigkeit von einer ersten manuellen Betätigungseinrichtung betätigt ist, und daß die ND-Bypass-Regelschleife einen ND-Hand/Automatik-Wähler (45) aufweist für den Übergang des ND-Bypassventiles (21) zwischen einem automatischen Betrieb, bei dem das Ventil in Abhängigkeit von dem ND-Fehlersignal betätigt ist, und einem manuellen Betrieb, bei dem das Ventil in Abhängigkeit von einer zweiten manuellen Betätigungseinrichtung betätigt ist.

030051/0793
9. Regelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die HD-Bypass-Regelschleife Mittel aufweist zum Erzeugen eines HD-Bypassventil-Stellsignales gemäß der Summe des HD-Fehlersignales und dem Zeitintegral des HD-Fehlersignales, und daß die ND-Bypass-Regelschleife Mittel aufweist zum Erzeugen eines ND-Bypassventil-Stellsignales gemäß der Summe des ND-Stellsignales und dem Zeitintegral des ND-Fehlersignales.
10. Regelanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1- 9, für eine Verwendung bei einer Nacherwärmungs-Dampfturbine zum Betätigen eines Kessels mit gleitendem oder konstantem Druck, gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen eines den Kesseldampfdruck darstellenden Signales, wobei das den tatsächlichen Lastbedarf darstellende Signal das Produkt des Kesseldrucksignales und des Steuerventil-Stellsignales ist, durch Mittel zum Einstellen des HD-Bypassventiles zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes zwischen dem Kesseldrucksignal und dem ersten gewählten Bezugssignal, durch Mittel zum Zuführen eines den Druck des Nacherhitzen Dampfes darstellenden Signales und durch Mittel zum Einstellen des ND-Bypassventiles zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes zwischen dem den Druck des nacherhitzen Dampfes darstellenden Signals und dem zweiten gewählten Bezugssignal, wobei die Abfangventilregelschleife Mittel aufweist zum Verstärken des den tatsächlichen Lastbedarf darstellenden Signales um einen Faktor, der dem Kehrwert eines gewählten Wertes des Drukkes des nacherhitzten Dampfes proportional ist, um ein verstärktes, den tatsächlichen Lastbedarf darstellendes Signal zuzuführen, und Mittel umfaßt zum Einstellen des Ahfangventiles gemäß dem Verstärkersignal.

030051