DE3028416C2

DE3028416C2 -

Info

Publication number: DE3028416C2
Application number: DE3028416A
Authority: DE
Inventors: Mario Rovaro Brizzi; Angelo Fasani; Massimo Mailand/Milano It Dolza
Original assignee: Enel SpA
Current assignee: RIVA HYDROART S.P.A., MAILAND/MILANO, IT ENEL ENTE
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-07-26
Publication date: 1992-05-07
Also published as: IT7924737A0; CH641871A5; IT1122646B; DE3028416A1; FR2462552B1; FR2462552A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dreh zahlkontrolle von Turbomaschinen und zur Beschleu nigungskontrolle in der Anlaufphase gemäß Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for rotation Number control of turbo machines and for the acceleration Cleaning control in the start-up phase according to Oberbe handle of claim 1.

Herkömmliche Drehzahlregler gestatten normalerweise eine Kontrolle der Drehzahl der Maschine innerhalb eines beschränkten Bereichs um den Wert der Be triebsnenndrehzahl.Conventional speed controllers usually allow a control of the speed of the machine inside a limited range around the value of the Be nominal drive speed.

Insbesondere bei Wasserkraftmaschinen wird der Reg ler in der Anlaufphase dazu benutzt, auf einfache Weise das Öffnen der Drosselorgane für die An triebsflüssigkeit unmittelbar derart zu steuern, daß der Anlaufstoß der Einheit und die darauffol gende Drehzahlerhöhung bis zu einem Wert nahe der Betriebsdrehzahl gewährleistet werden.Reg used in the start-up phase, on simple Way opening the throttles for the on to control the driving fluid directly in such a way that the start-up shock of the unit and the subsequent increasing speed up to a value close to Operating speed can be guaranteed.

Danach kommen die drehzahlempfindlichen Kreise in Tä;igkeit, um im geschlossenen Kreis unter Einwir kung auf die Drosselorgane die Drehzahl zu regeln.Then the speed sensitive circles come in Activity, in a closed circle under influence to regulate the speed on the throttle bodies.

Es sind ferner einige Systeme der Drehzahlkontrolle auch in der Anlaufphase, insbesondere für Wärme kraftmaschinen bekannt, wobei die Kontrolle norma lerweise mittels einer, gemäß einem vorbestimmten Programm veränderlichen Bezugsdrehzahl durchgeführt wird.There are also some speed control systems also in the start-up phase, especially for heat known engines, the control norma usually by means of, according to a predetermined Program variable reference speed carried out becomes.

Schließlich ist eine Drehzahl- und Beschleunigungs kontrollvorrichtung für Turbomaschinen (US- PS 39 65 684) bekannt, die einen Beschleunigungs kontrollkreis und einen von diesem getrennten Dreh zahlkontrollkreis aufweist. Die Ausgänge der beiden Kreise führen zu einer Auswahlschaltung, welche dazu dient, jeweils vorzugsweise das niedrigere Signal der von den beiden Kontrollkreisen erhal tenen Eingangssignale zur Steuerung der Absperr organe der Turbomaschine weiterzuleiten. Die be kannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Steue rung der Turbomaschinen relativ ungenau und aufwen dig ist. Insbesondere läßt sich das Beschleuni gungsverhalten der Maschine aufgrund fester Bezugs werte der Kontrollkreise nicht optimal einstellen.After all, there is a speed and acceleration control device for turbomachinery (US PS 39 65 684) known to accelerate control circuit and a rotation separate from it number control group. The outputs of the two Circles lead to a selection circuit, which is used, preferably the lower one Signal received by the two control circles input signals to control the shut-off forward the organs of the turbo machine. The be Known device has the disadvantage that the tax tion of the turbo machines is relatively imprecise and expensive dig is. In particular, the acceleration machine behavior due to fixed reference do not set the control circuit values optimally.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, aus gehend vom Stand der Technik eine Vorrichtung zur Drehzahl- und Beschleunigungskontrolle von Turbo maschinen zu schaffen, die eine einfache Einstel lung der gewünschten Drehzahl bzw. Beschleunigung der Maschine ermöglicht und die dabei einfach auf gebaut ist.In contrast, it is an object of the invention a device from the prior art Speed and acceleration control from Turbo to create machines that are easy to set development of the desired speed or acceleration of the machine and it is easy to open is built.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 mit Hilfe der in diesem Anspruch genannten Merkmale gelöst.This object is achieved in a device Preamble of claim 1 with the help of this Features mentioned claim solved.

Insbesondere dadurch, daß lediglich ein einziger Kontrollkreis für die Drehzahl- und Beschleuni gungskontrolle vorgesehen ist, läßt sich ein ein facher Aufbau der Vorrichtung realisieren. Zur Bildung eines Bezugsbeschleunigungssignals wird das Drehzahlfehlersignal herangezogen, welches durch eine Signalbegrenzungsschaltung so beeinflußbar ist, daß ein mittels eines Eichschalters voreinstellbares maximales Bezugsbeschleunigungssignal erhalten wird. Auf diese Weise wird für die Beschleunigung der Turbomaschine ein Signal erzeugt, welches in der Anlauf phase dem maximalen Ausgangssignal der das Drehzahlfehler signal beeinflußenden Begrenzungsschaltung entspricht. Anschließend verkleinert sich beim Anstieg der Drehzahl der Turbomaschine das Bezugssignal selbsttätig, so daß neben der Beschleunigungskontrolle eine Drehzahlkontrolle wirksam wird. Auf diese Weise kann die Beschleunigung in der Anlauf phase so lange konstant gehalten werden, bis die Drehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht und anschließend wird sie entsprechend angepaßt bzw. herabgesetzt, so daß die Endphase der Steuerung bis zum Erreichen der Nenndrehzahl optimiert wird. Dabei findet eine Kombination der Drehzahl- und der Beschleunigungskontrolle statt.In particular, in that only one Control circuit for the speed and acceleration control is provided, one can Realize the structure of the device. To form a The reference acceleration signal becomes the speed error signal used by a signal limiting circuit is so influenceable that one by means of a calibration switch Presettable maximum reference acceleration signal is obtained. This way, for acceleration the turbomachine generates a signal which is started phase the maximum output signal of the speed error signal influencing limiting circuit corresponds. Then the speed decreases as the speed increases Turbo machine the reference signal automatically, so that in addition the acceleration control a speed control is effective becomes. In this way, the acceleration in the start-up phase are kept constant until the speed reaches a predetermined value and then it becomes adjusted accordingly or reduced so that the final phase the control is optimized until the nominal speed is reached becomes. A combination of the speed and the Acceleration control instead.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kontrolle der Öffnungsgeschwindigkeit der Ab sperrorgane der Turbomaschine bis zu einem Wert durchzufüh ren, der - unabhängig von den veränderlichen äußeren Be dingungen, wie Nutzfallhöhe und Reibungsmoment - den Anlauf stoß bedingt.Further advantageous developments of the device result itself from the subclaims. It has proven to be beneficial proven to control the opening speed of the Ab locking devices of the turbomachine up to a value ren, - regardless of the changing external Be conditions such as usable height and frictional torque - the start-up collision caused.

Ferner hat sich als günstig erwiesen, daß für den Fall, daß mit der Turbomaschine ein Synchrongenerator angetrieben wird, der mit der Netzfrequenz synchronisiert werden muß, um parallel geschaltet zu werden, die erfindungsgemäße Vorrich tung selbsttätig den unmittelbaren Übergang auf die Syn chronisierphase mit dem Netz in der letzten Phase des An laufvorgangs durchführen kann.It has also proven to be favorable that in the event that driven a synchronous generator with the turbo machine is, which must be synchronized with the network frequency in order to be connected in parallel, the Vorrich invention automatic transition to the syn Chronization phase with the network in the last phase of the contract can perform the running process.

Für den Fall einer Turbomaschine, die unmittelbar oder über eine elektrische Welle eine Pumpeinheit anzutreiben hat, ist schließlich vorteilhafterweise vorgesehen, dem Steuersignal für die Absperrorgane der Turbomaschine ein Zusatzsignal zur Anlauferleichterung hinzuzufügen.In the case of a turbo machine, the immediate or above an electric shaft has to drive a pump unit finally advantageously provided the control signal an additional signal for the shut-off devices of the turbomachine Easy start-up.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention will now be described with reference to the drawing explained. Show it

Fig. 1 ist ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Vor richtung, Fig. 1 is a block diagram of an inventive pre direction,

Fig. 2 zeigt die Hauptkomponenten des Schemas der Fig. 1, und Fig. 2 shows the main components of the scheme of Figs. 1, and

Fig. 3 ist ein Blockschema, das eine Variante des Schemas der Fig. 1 zeigt. Fig. 3 is a block diagram showing a variant of the Fig. 1 scheme.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Art der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 1, in der durch ein Blockschema die äquivalente elektronische Schaltung, ohne jegliche Beschränkung auf die Ausführung dieser elektroni schen Schaltung, gezeigt ist, welche im Rahmen der Erfindung beliebiger Art sein kann.The following description refers to the type of effect of the device according to FIG. 1, in which a block diagram shows the equivalent electronic circuit, without any restriction to the execution of this electronic circuit, which may be of any type within the scope of the invention .

Die Fig. 2 zeigt beispielsweise das Wirkungsschema einer solchen möglichen Ausführung.The Fig. 2, for example shows the effect diagram of such possible embodiments.

In der Anlaufphase, vor dem Anlaufstoß, erfolgt eine zu nehmende Öffnung der Absperrorgane der Turbomaschine mit einer vorbestimmten, in geschlossenem Kreis kontrollierten Geschwindigkeit, indem in einem Summenpunkt 7 das an einer Klemme 3 ankommende elektrische Eingangssignal, das die Öffnungsweite der Absperrorgane darstellt und das durch eine Ableitungsschaltung 5 entsprechend abgeleitet wird, mit einem eichbaren Bezugssignal 6 verglichen wird. Das so er haltene Ausgangssignal wird in einem Summenpunkt 8 als Ein gangssignal eines integralen Glieds (I-Glied) 9 am Ausgang der Vorrichtung verwendet. Das Ausgangssignal dieses I-Glieds 9 wird über eine Klemme 4 als Steuersignal der Servo einrichtung zugeleitet, die proportional zu diesem Signal das Öffnen der Absperrorgane der Turbomaschine bewirkt.In the starting phase, before the start-up shock occurs an issue to be opening of the shutoff of the turbine engine at a predetermined, controlled in closed loop speed by the incoming to a terminal 3 electrical input signal in a summation point 7, which is the opening width of the shut-off devices and through a derivation circuit 5 is derived accordingly, is compared with a verifiable reference signal 6 . The output signal thus held is used in a sum point 8 as an input signal of an integral member (I-member) 9 at the output of the device. The output signal of this I-element 9 is fed via a terminal 4 as a control signal to the servo device, which causes the shutoff elements of the turbomachine to open in proportion to this signal.

Einer Klemme 1 der Vorrichtung wird ein als IST-Drehzahl-Signal bezeichnetes elektrisches Signal f_G zugeführt, das von einer Drehzahlmeßvorrichtung kommt, die von der Drehzahl null ist bis zu einer, die Nenndrehzahl übersteigenden Drehzahl einen linearen Drehzahlbereich be sitzt.A terminal 1 of the device is supplied with an electrical signal f _{G referred} to as the ACTUAL speed signal, which comes from a speed measuring device that is from zero speed to a speed that exceeds the nominal speed and has a linear speed range.

Im Augenblick des Anlaufstoßes wird seitens einer, auf die sen Anlaufstoß ansprechenden Schaltung 10 über Kontakte 11 (oder ähnliche statische Schalter) der beschriebene Öff nungskontrollkreis abgeschaltet und der Beschleunigungskon trollkreis an den Eingang des I-Glieds 9 angeschaltet. Die Beschleunigungskontrolle erfolgt im geschlossenen Kreis über eine Ableitungsschaltung 12.At the moment of the start-up pulse, one of the circuit 10 responsive to the start-up pulse is switched off via contacts 11 (or similar static switches) of the described opening control circuit and the acceleration control circuit is switched on to the input of the I-element 9 . The acceleration control takes place in a closed circuit via a derivation circuit 12 .

Das maximale Bezugsbeschleunigungssignal ist durch den Sät tigungswert bzw. das maximale Ausgangssignal einer Signalbe grenzungsschaltung 15 gegeben, an deren Eingang über eine Eichvorrichtung (P-Glied) 17 das Drehzahlfehlersignal f2-f_G ange legt ist, welches in einem Summenpunkt 14 zwischen dem, die IST-Drehzahl der Turbomaschine darstellenden Signal f_G und einem über eine Klemme 2 eingebrachten Bezugssignal f₂ ge bildet wird, das bei der Ausführung ohne selbsttätiger Syn chronisierung einen festen Wert besitzt, der der zu errei chenden Nenndrehzahl entspricht.The maximum reference acceleration signal is through the sow adjustment value or the maximum output signal of a signal limit switch15 given at the entrance via a Calibration device (P-link)17th the speed error signal f2-f_G attached is which is in a sum point14 between that ACTUAL speed of the turbo machine signal f_G and one over a clamp2nd introduced reference signal f_2nd ge is formed, which in the execution without automatic syn chronization has a fixed value that can be achieved corresponding nominal speed.

Der Sättigungswert der Signalbegrenzungsschaltung 15 kann mittels eines Eichschalters 16 verändert werden, der es somit ge stattet, während der gesamten Phase der Drehzahlerhöhung die Beschleunigung und somit die Zeit zu verändern, in der aus gehend vom Stillstand die Nenndrehzahl erreicht wird.The saturation value of the signal limiting circuit 15 can be changed by means of a calibration switch 16 , which thus enables it to change the acceleration and thus the time during the entire phase of increasing the speed, in which the nominal speed is reached starting from standstill.

Die Regelung umfaßt auch, mittels eines proportionalen Glieds (P-Glied) 18 und der zugehörigen Eichung 19, eine mit einem Koeffizienten K₂ proportionale Wirkung. Die Gesamtwir kung mit den Koeffizienten K₁K_2, die für die Drehzahlrege lung im Bereich um den Nenndrehzahlwert erforderlich ist, ergibt sich selbsttätig, wenn die Turbomaschine die DrehzahlThe control also includes, by means of a proportional element (P-element) 18 and the associated calibration 19 , an effect proportional to a coefficient K ₂ . The overall effect with the coefficients K ₁ K _2, which is required for the speed control in the range around the nominal speed value, results automatically when the turbo engine revs the speed

f_G=F₂-a/K₂ erreicht, worin
f_G das der IST-Drehzahl der Turbomaschine proportionale Signal,
f₂ das an die Klemme 2 angelegte der Nenndrehzahl entspre chende Bezugssignal, und
a das der für die Turbomaschine vorbestimmten Beschleu nigung proportionale Signalf _G = F₂-a / K₂ reached, wherein
f _{G is} the signal proportional to the ACTUAL speed of the turbomachine,
f₂ the reference signal applied to terminal 2 corresponding to the nominal speed, and
a the signal proportional to the acceleration predetermined for the turbomachine

bedeuten.mean.

Es ergibt sich sodann eine Verringerung der Beschleunigung, während die Drehzahl durch die Vorrichtung in einer Weise kontrolliert wird, daß sie den dem Bezugssignal f₂ entspre chenden Wert annimmt. Wie gesagt, kann f₂ einen, der Nenn drehzahl entsprechenden festen Wert besitzen.There is then a reduction in acceleration while the speed is controlled by the device in such a way that it assumes the value corresponding to the reference signal f ₂ . As I said, f _{2 can have} a fixed value corresponding to the nominal speed.

Sofern eine selbsttätige Synchronisierung gewünscht ist, kann dieses Signal jedoch unmittelbar seitens eines, mit der Netzfrequenz verbundenen Frequenzmessers erarbeitet werden. Dabei wird die Drehzahl der Turbomaschine unmittelbar auf den Wert des Synchronismus gebracht. In diesem Fall gestat tet es eine Vorrichtung 20 einen Gleitwert zwischen der Fre quenz der aus der Turbomaschine und dem von ihr angetriebe nen Synchrongenerator bestehenden Gruppe und der Netzfre quenz vorzubestimmen, der die Parallelschaltung erleichtert. Das von der Vorrichtung 20 kommende Signal kann an den Sum menpunkt 13 angelegt werden (wie in Fig. 1 angedeutet) oder es kann auch an den Summenpunkt 14 angelegt werden.If automatic synchronization is desired, this signal can, however, be developed directly by a frequency meter connected to the mains frequency. The speed of the turbomachine is brought directly to the value of synchronism. In this case, a device 20 allows a sliding value to be predetermined between the frequency of the group consisting of the turbomachine and the synchronous generator driven by it and the network frequency, which facilitates the parallel connection. The signal coming from the device 20 can be applied to the sum point 13 (as indicated in FIG. 1) or it can also be applied to the sum point 14 .

Im Rahmen der Erfindung kann die Vorrichtung durch einige Zusatzfunktionen ergänzt werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Schaltung 22, die bezüglich des Fehlers zwischen der IST-Drehzahl und der vorbestimmten Nenndrehzahl empfind lich ist, gestattet es, das Ende der Anlaufphase festzustel len und über eine Klemme 23 eine Information nach außen ab zugeben. Über eine Klemme 24 läßt sich in die Vorrichtung eine Steuerung einbringen, welche den Koeffizienten K₁ des P-Glieds 17 ändert, wenn es in Voraussicht einer längeren Periode im Leerlaufbetrieb zweckmäßig erscheint, die Ver stärkung im Drehzahlregelkreis im Bereich um die Nenndreh zahl herabzusetzen.Within the scope of the invention, the device can be supplemented by some additional functions, as shown in FIG. 3. A circuit 22 , which is sensitive to the error between the actual speed and the predetermined nominal speed, allows the end of the start-up phase to be determined and information to be output via a terminal 23 . Via a terminal 24 , a control can be introduced into the device, which changes the coefficient K _{1 of} the P element 17 , if it appears expedient in anticipation of a longer period in idle operation to reduce the gain in the speed control loop in the range around the nominal speed.

Schließlich gestattet es eine zum P-Glied 18 parallel ge schaltete Schaltung 21 dem Steuersignal für die Absperror gane ein Zusatzsignal beim Öffnen hinzuzufügen, um den Anlauf einer Turbomaschine zu begünstigen, die unmittelbar oder über eine elektrische Welle eine Pumpeinheit antreibt. Im Räumen der Erfindung ist es möglich, die Vorrichtung durch die Zusatzfunktionen zu ergänzen bzw. dieselben weg zulassen, was auch für den Kontrollkreis der Öffnungsge schwindigkeit der Absperrorgane vor dem Anlaufstoß gilt.Finally, it allows a parallel to the P-member 18 connected circuit 21 to the control signal for the shut-off gane add an additional signal when opening to favor the start of a turbomachine that drives a pump unit directly or via an electric shaft. In the spaces of the invention, it is possible to supplement the device with the additional functions or to allow the same away, which also applies to the control circuit of the opening speed of the shut-off elements before the start-up shock.

Claims

1. Device for speed control of turbomachinery and for acceleration control in the start-up phase, with a first summation point ( 14 ) for comparing the respective actual speed signal (f _G ) with a reference signal (f ₂ ) representing the nominal speed to be reached and for formation a speed error signal (f ₂ -f _G ), as well as with a second sum point ( 13 ) for comparing an acceleration signal derived from the respective actual speed signal (f _G ) with a reference acceleration signal and for forming a control signal for the shut-off devices of the turbomachine, since characterized in that the speed error signal (f ₂ -f _G ) obtained at the first sum point ( 14 ) is applied to the input of a signal limiting circuit ( 15 ) whose maximum output signal determining saturation value can be set in advance, and that the output signal signal limiting circuit ( 15 ) as Reference acceleration signal is applied to the second sum point ( 13 ), the the output side is connected to an adjustable proportional member ( 18 ) which supplies the control signal for the shut-off elements of the turbomachine via an integral member ( 9 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that to control the opening speed of the shut-off organs of the turbomachine, from the closed position to the opening position corresponding to the starting surge, a signal derived from a signal indicating the opening width of the shut-off elements into a sum point ( 7 ) is created, in which it is comparable to a calibratable reference signal ( 6 ), the output signal formed in the summation point ( 7 ) via a further summation point ( 8 ) being able to be fed to the input of the integral element ( 9 ).

3. Apparatus according to claim 1, for a synchronous generator driving turbomachine, characterized in that a reference to the signal (f) to form the speed error signal (f ₂ -f _G ) in the first sum point ( 14 ) is a signal representing the network frequency of the network to which the generator is to be connected in parallel.

4. The device according to claim 1, for a pump unit driving a turbo machine directly or via an electric shaft, characterized in that the adjustable proportional member ( 18 ) has an additional signal for starting to facilitate the turbomachine generating circuit ( 21 ) is connected in parallel.