DE3116340C2

DE3116340C2 - Verfahren und Regeleinrichtung zum Begrenzen der bei Belastungsänderungen auftretenden thermischen Beanspruchung von Bauteilen einer Dampfturbine

Info

Publication number: DE3116340C2
Application number: DE3116340A
Authority: DE
Inventors: Richard George Scotia N.Y. Livingston; James Howard Cape Elizabeth Me. Moore jun.; Bernd Artur Karl Scotia N.Y. Westphal
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3116340C3; JPS6342086B2; DE3153303C2; IT8121398A0; FR2481741A1; GB2074757A; JPS57310A; ES8300375A1; IT1137065B; GB2074757B; DE3116340A1; MX153104A; CA1164072A; US4320625A; CH658494A5; FR2481741B1; ES501727A0

Abstract

Verbessertes Verfahren und verbesserte Anordnung zum Regeln der Wärmebeanspruchung von Bestandteilen einer Dampfturbine unter maximalen Belastungs- und Entlastungsgeschwindigkeiten während des Hochlaufes, des Stillsetzens und anderer Perioden der Belastungsänderung. Aus überwachten und abgeleiteten Größen wird eine Belastungsgeschwindigkeit für jeden von mehreren vorgewählten Turbinenbestandteilen berechnet, und die niedrigste Geschwindigkeit wird für die Regelung ausgewählt. Gleichzeitig und gemeinsam mit der Belastungsgeschwindigkeitsberechnung und der Ausführung wird die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart der Turbine automatisch entweder auf die Teilbogenbetriebsart oder auf die Vollbogenbetriebsart gerichtet, je nach Notwendigkeit, um die Beanspruchung im Vergleich zu einem vorgewählten und adaptiven Beanspruchungsbezugswert zu verringern.

Description

a) die thermische Beanspruchung an mehreren Stellen in der Turbine ermittelt wird,

b) die Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der sich die Temperatur von Dampf, der der Turbine zugeführt wird, ändert;

c) eine maximal zulässige Belastungsänden.ingsgescbwindigkeit für jede der erwähnten Stellen in Abhängigkeit von

el) der zugehörigen thermischen Beanspruchung und

c2) der Geschwindigkeit, mit der sich die Dampftemperatur ändert, ermittelt wird;

d) die Geschwindigkeit der Änderung der Belastung der Turbine in Abhängigkeit von der kleinsten zulässigen Belastungsänderungsgeschwindigkeit, die für die verschiedenen Stellen ermittelt wurde, gesteuert wird,

e) ein Beanspruchungsreferenzwert als Funktion einer vorgegebenen anfänglichen Belastungsänderungsgescbwindigi.eit ermittelt wird und

f) die Verteilung des Dampfes auf die verschiedenen Düsenbögen in AbMngigkeit von der Differenz zwischen dem Beanspruchungsreferenzwert und der Beanspruchung, die für eine vorgegebene Stelle in der Turbine ermittelt wurde, im Sinne einer Verringerung dieser Differenz gesteuert wird,

wobei die Merkmale b) und c2) das Kennzeichen und die übrigen Merkmale den Oberbegriff bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsänderungsgeschwindigkeit R gemäß der folgenden Formel bestimmt wird:

= (R, + R₃) R₂

Λ, = K₁ (K₁ -S) R₂=I-K₁^-S

K], K2, Kj und K4 auf Turbinenparameter bezogende Konstanten,

S die an einer vorgegebenen Stelle der Turbine bestimmte Beanspruchung und
rdie Dampftemperatur

bedeuten.

3. Regeleinrichtung zur möglichst schnellen Änderung der Belastung einer Dampfturbine, welche einen Hochdruckteil (10) mit Düsenbögen und einem Hochdruckturbinenläufer, einen Zwischenüberhitzungs-Mitteldruckteil (12) mit einem Mitteldruck-

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40 turbinenläufer sowie Ventile (22, 24, 26, 28) zur Steuerung der Dampfzufuhr zu den Düsenbögen des Hochdruckteiles enthält, mit
einer Belastungssteuervorrichtung (38) zum Einstellen der Ventile (22, 24, 26, 28) entsprechend einem vorgegebenen Gesamtdampfdurchsatz,
einer Dampfverteilungssteuervorrichtung (44) zum Verstellen der Ventile in Bezug aufeinander,
Temperaturfühlern (46, 48) zum Bestimmen der Temperatur an bestimmten Stellen von Bauteilen des Hochdruck- und des Mitteldruckteiles,
einer ersten Rechenvorrichtung (54, 60,62,64) zum Ermitteln der thermischen Beanspruchung sowie der maximal zulässigen Änderungsgeschwindigkeit der thermischen Beanspruchung an den verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Temperatur und zum Erzeugen eines Belastungsänderungssteuersignales für die Belastungssteuervorrichtung (38) entsprechend der kleinsten der maximal zulässigen Beanspruchungsänderungsgeschwindigkeit, und einer zweiten Rechenvorrichtung (71,73,75,77) zum Erzeugen eines Dampfverteilungssteuersignales für die Dampfverteilungssteuervorrichtung (44) in Abhängigkeit von der thermischen Beanspruchung des Hochdruckteiles (10), dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (56, 58) zum Bestimmen der Geschwindigkeit mit der sich die Temperatur des der Turbine zugeführten Dampfes ändert, vorgesehen ist, und daß die Anordnung (54, 60, 62, 64) zum Erzeugen des Belastungsänderungssteuersignales zusätzlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der Dampftemperatur gesteuert ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (56,58) zum Bestimmen der Änderungsgeschwindigkeit der Dampftemperatur mit einem Frischdampftemperaturfühler (50) bzw. einem Zwischenüberhitzungsdampffühier (52) gekoppelt ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im Hinblick auf die US-PS 35 61 216 als bekannt vorausgesetzt wird.

Verfahren der gattungsgemäßen Art dienen dazu, das Anfahren einer Dampfturbine in möglichst kurzer Zeit durchführen zu können, ohne daß dabei übermäßige Wärmebeanspruchungen auftreten, die die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Dampfturbine beeinträchtigen würden.

Dampfturbinen, wie sie in Kraftwerken zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, enthalten im allgemeinen im Hochdruckteil mehrere Düsenbögen, die anfänglich während des Anfahrens der Turbine gleichzeitig mit Dampf gespeist werden (»Vollbogenbetrieb«). Wenn sich die Turbine dann genügend aufgewärmt hat, geht man auf den sogenannten Teilbogenbetrieb über, der sich durch einen höheren Wirkungsgrad als der Vollbogenbetrieb auszeichnet.

Die bekannten Anfahr- und Regelverfahren, wie sie aus der oben bereits erwähnten US-PS 35 61 216 und außerdem auch aus der US-PS 34 46 224 bekannt sind, gehen von idealen Kesselbedingungen aus, die in der Praxis jedoch selten vorliegen. Sie sind daher auch hinsichtlich der erreichbaren Anfahrzeit und der Begrenzung von thermischen Beanspruchungen bei Lastwechsel noch verbesserungsfähig.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die für ein Anfahren der Turbine sowie für Laständerungen erforderlichen Zeiten weiter verringert bzw. die thermischen Beanspruchungen der Turbine bei solchen Betriebszuständen weiter verringert werden können.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Die Ansprüche 3 und 4 betreffen vorteilhafte Regeleinrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Durch die vorliegende Erfindung läßt sich die Zeit, die für das Anfahren der Dampfturbine bzw. für größere Lastwechsel erforderlich ist, gegenüber dem Stand der Technik nicht unbeträchtlich verringern. Da das Anfahren einer großen Turbine mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann und der Lastbedarf des Netzes während dieser Zeit im allgemeinen durch unwirtschaftlichere Spitzeniastkraftwerke gedeckt werden muß, lassen sich durch die Erfindung erhebliche Ersparnisse erzielen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Regeleinrichtung, die nach den Lehren der Erfindung arbeitet;

F i g. 2A und 2B Diagramme, die die Abhängigkeit der thermischen Beanspruchung bzw. der Belastung von der Zeit für eine gemäß dem Stand der Technik geregelte Dampfturbine (gestrichelte Kurven) und eine gemäß der Erfindung geregelte Dampfturbine (ausgezogene Kurven) zeigen.

F i g. 1 ist ein Funtktionsblockschaltbild einer mit Zwischenüberhitzung arbeitenden Dampfturbine, ihres normalen Drehzahl- und Lastregelsystems und einer automatischen beanspruchungsgeregelten Belastungsanordnung nach der Erfindung. Das Regelsystem eines großen Dampfturbogenerators ist sehr komplex und es sind deshalb nur die für die Erfindung wichtigen Teile gezeigt.

Die gezeigte Turbine enthält einen Hochdruck-(HD)-Abschnitt 10, einen Zwischenüberhitzungs- oder Mitteldruck(MD)-Abschnitt 12 und einen doppelflutigen Niederdruck(ND)-Abschnitt 14, alle in Tandemanordnung, zum Antreiben eines elektrischen Generators 16, der eine Last mit elektrischem Strom versorgt. Die Anzahl und die Anordnung der ND-Turbinen sind für das Verständnis der Erfindung unwichtig. Der Dampf strömt von einem Kessel 18 über ein Haupt-Schnellschlußventil 20 und dann übsr Regelventile 22, 24, 26 und 28. Jedes Regelventil ist mit einem anderen Düsenbogen der ersten Stufe des H D-Abschnittes 10 verbunden. Dampf aus dem HD-Abschnitt 10 wird in einem Zwischenüberhitzer 30 zwischenüberhitzt, strömt über ein Abfangventil 32 zu dem Zwischenüberhitzungs- oder Mitteldruck(MD)-Abschnitt 12 und dann über eine Verbindungsleitung34 zum ND-Abschniit 14.

Die Dampfzufuhr wird durch eine insgesamt mit 36 bezeichnete Regelventilservoeinrichtung gesteuert, die mit den betreffenden Ventilen in Wirkverbindung steht, was durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Servoeinrichtung kann eine bekannte, durch elektrische Signale gesteuerte elektrohydraulische Einrichtung sein, die HD-Hydraulikkclben antreibt.

Die Regelventilservoeinrichtung 36 wird durch eine Belastungssteuervorrichtting 38 gesteuert, die ein geeignetes Ventilpositioniersignal liefert, das einem Solldampfdurchsatz entspricht. Der übrige Teil der Hauptregelschleife enthält eine Drehzahlregeleinheit 40, die ein Drehzahlsignal aus einem Wellendrehzahlgeber 42 empfängt

Die Regelventile 22—28 können, wie bekannt, verstellt werden, um entweder Dampf gleichmäßig durch sämtliche Düsenbögen im »Vollbogen«-Betrieb einzulassen, oder die Regelventile 22—28 können der Reihe nach verstellt werden, um den Dampf im thermodynamisch effizienteren »Teilbogen«-Betrieb einzulassen. Eine Einrichtung zum Umschalten zwischen dem Vollbogen- und dem Teilbogenbetrieb sowie zum Anzeigen der eingestellten Betriebsart ist schematisch als eine Dampfverteilungssteuervorrichtung 44 dargestellt.

Innerhalb der gestrichelten Linien von F i g. 1 sind automatische Betriebsartwähleinrichtungen und BeIastungsgeschwindigkeitsregeleinrichti.ngen gezeigt, die in Wechselwirkung mit der Belastungssteuervorrichtung 38 und der Dampfverteilungssteuervorrichtung 44 arbeiten. Die automatischen Betriebr:rtwähl- und BeIastungsgeschwindigkeitsrege!einrichtu:;gen von Fig. 1 können mit bekannten, herkömmlichen Bauelementen implementiert werden. Signale, die durch diese Einrichtungen verarbeitet werden, können entweder analoge oder digitale Signale sein oder aus einer Kombination von analogen und digitalen Signalen bestehen. Weiter können, wie im folgenden noch näher beschrieben, die automatische Betriebsartauswahl und die Belastungsgeschwindigkeitsregelung nach der Erfindung mit einem Computer mit gespeichertem Programm ausgeführt werden.

Vorzugsweise umfassen die Eingangssignale des Belastungs/Betriebsart-Steuerteils des innerhalb der gestrichelten Linien von F i g. 1 gezeigten Systems die Metalltemperatur Thd der ersten Stufe, die durch ein Thermoelement 46 abgefohlt wird, die Metalltemperatur T_ZD des Zwischenüberhitzungsabschnittes, die durch ein Thermoelement 48 abgefühlt wird, die Frischdanipftem-

peratur T_Ms, die durch ein Thermoelement 50 abgefühlt wird, und die Zwischenüberhitzungsdampftemperatur Tr.i, die durch ein Thermoelement 52 abgefühlt wird.

Ein Beanspruchungsrechner 54 benutzt die Temperatureingangssignale, um die Beanspruchung der Oberfläehe und der Bohrung des Läufers des HD-Abschnittes und der Oberfläche und der Bohrung des Läufers des Zwischenüberhitzungsabschnittes zu berechnen. Wenn angenommen wird, daß die Turbine mit Nenndrehzahl arbeitet, brauchen nur die Wärmebeanspruchungen berücksichtigt zu werden, und die Läuferdrehzahl ist kein notwendiges Eingangssignal des Beanspruchungsrechners 54.

Die zeitliche Änderung der Dampftemperatur wird für d^:e Frisrhdampftemperatur T_MS und für die Zwischenüberhitzungsdampfternperatur Trh durch eine Differenziervorridriung 56 bzw. 58 ermitteit. Außerdem wird die zeitliche Änderung der Turbinenbeanspruchung durch eine Differenziervorrichtung 60 ermittelt. Die Ausgangssignale des Spannungsrechners 54, der Dampftemperaturdifferenziervorrichtungen 56 und 58 und der ßeanspruchungsdifferenziervorrichtung 60 werden an einen Belastungsgeschwindigkeitsrechner62 angelegt. Der Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 empfängt daher Signale, die die Beanspruchung von vier vorgegebenen Bestandteilen der Turbine darstellen, Signale, die die zeitliche Änderung der Beanspruchung dieser Bestandteile darstellen, und Signale, die die zeitliche Änderung der Temperatur des der Turbine züge-

führten Dampfes darstellen. Diese Bestandteile sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche und die Bohrung des H D-Läufers sowie die Oberfläche und die Bohrung des MD-Läufers. Aus diesen Eingangssignaien ermittelt der Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 eine zulässige Belastungsgeschwindigkeit für jeden vorgewählten Turbinenbestandteil. Für diese Berechnung werden die Beanspruchungswerte, die zeitlichen Änderungen der Beanspruchung und die zeitlichen Änderungen der Dampftemperatur entsprechend angepaßt. Beispielsweise basiert die berechnete Belastungsgeschwindigkeit für die Oberfläche des HD-Läufers auf der Beanspruchung der Oberfläche des HD-Läufers, auf deren zeitlicher Änderung und auf der zeitlichen Änderung der Frischdampftemperatur. Die zeitlichen Änderungen bilden ein Element der Vorhersagbarkeit für die Berechnung. Differenziereinrichtungen zum Bilden dieser Geschwindigkeiten sind auf dem Gebiet der Elektronik und der Signalverarbeitung bekannt, und sie können beispielsweise unter Verwendung von Operationsverstärkern und RC-Gliedern elektronisch aufgebaut sein.

Jede Belastungsgeschwindigkeitsberechnung erfolgt durch den Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 gemäß der folgenden Beziehung:

= (R₁ + Ri) R₂

wobei

/C, (K₂ - S)
1 -K)^-S

K\, Ki, Ki und Κλ Konstanten sind, deren Werte von der besonderen Turbine die ^sre^elt w*rd und von deren Betriebsparametern abhängig sind,
5 die Beanspruchung ist, die für den entsprechenden Turbinenbestandteil betimmt wird, und
7"die entsprechende Dampftemperatur ist.

Zum Erzeugen von vier Geschwindigkeitswerten gemäß dieser Beziehung kann der Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 aus bekannten Addier-, Subtrahier- und Multiplizierschaltungen aufgebaut sein. Die vier BeIastungsgeschwindigkeitswerte, die so berechnet werden, werden einem Niedrigstwertgatter 64 zugeführt, welches den niedrigsten der Belastungsgeschwindigkeitswerte auswählt und diesen der Belastungssteuervorrichtung 38 zuführt, um die Belastungs- oder Entlastungsgeschwindigkeit der Turbine entsprechend zu regeln.

Bei dem bekannten Belastungsgeschwindigkeitsregler, wie er aus der oben erwähnten US-PS 35 61 216 bekannt ist, wird die Belastungsgeschwindigkeit als eine Funktion der Läuferbeanspruchung ermittelt, und die Regelung ist in einem Beanspruchungsbereich oberhalb eines gewissen Beanspruchungswertes Sl bis zu einem höheren Beanspruchungswert Sh eine Proportionalregelung. Bei niedriger Schleifenverstärkung (d. h. wenn die zeitliche Laständerungsrate R in Abhängigkeit von S relativ niedrig ist) ist die Beanspruchung bei gleichbleibender Belastung deutlich kleiner als Sh- Unter Bedingungen steigender Kesseldampftemperatur und bei halber Last oder weniger kann sich jedoch ein Grenzzykius ausbilden, in welchem die Beanspruchung um Sh schwankt und die Belastungsgeschwindigkeit zwischen Null und dem durch eine Bedienungsperson eingestellten Maximalwert Rmax pendelt.

Diese Effekte sind in den F i g. 2A bzw. 2B gezeigt, in welchen die Beanspruchung und die mit der Regelanordnung nach der Erfindung erzielte Belastungsgeschwindigkeit mit den Ergebnissen verglichen werden, die mit bekannten Belastungsgeschwindigkeitssteuerungsvorrichtungen erreicht werden. Bei der Erfindung geht die Belastungsgeschwindigkeit glatt bis zu einer Sollbelastung bei einem zulässigen Beanspruchungswert ohne Schwingungen auf übermäßige Werte. In den F i g. 2A und 2B sind die mit bekannten Reglern ereichten Ergebnisse mit gestrichelten Linien gezeigt, während die mit dem Verfahren und der Regeleinrichtung nach der Erfindung erzielten Ergebnisse mit ausgezogeis nen Linien dargestellt sind.

Die Überprüfung der oben angegebenen Beziehung und der drei definierten Faktoren Ri, R₂ und Rj zeigt, daß R] eine lineare Funktion der Beanspruchung ist, die fäüi, wenn die Beanspruchung steigt. Die Konstanten K; und K₂ werden so gewählt, daß sich relativ hohe Werte von R\ bei niedrigen Beanspruchungswerten ergeben, damit eine relativ niedrige Verstärkung vorhanden ist, d. h. ft| nimmt mit zunehmender Beanspruchung relativ langsam ab. Die Faktoren R₂ und Ri werden so gewählt, daß sie eine geringe Auswirkung auf die berechnete Geschwindigkeit R bei niedrigen Beanspruchungswerten haben, daß sie aber bei steigender Beanspruchung schnuil wirksam werden. Das ist der Grund für die Quadrierung des Wertes der Beanspruchung in jedem Faktor. Die Faktoren R₂ und Ri enthalten die Geschwindigkeitsableitungen —τ- bzw. -p-, um Elemente der Vorhersagbarkeit für die berechnete Belastungsgeschwindigkeit zu bilden. Die konstanten Werte K\, K₂, Ki und Ka sind Funktionen der besonderen Turbinengeometrie und der besonderen Turbinenkonstruktion, aber beispielsweise sind mit K< = 83, K₂ = 0.9. Ki = 0,1 und Ka = 60 der Aufgabe der Erfindung gerecht werdende Belastungsgeschwindigkeiten verwirklicht worden. Selbstverständlich können die Konstanten K\, K₂, Ki und Ka in dem Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 voreinstellbar sein.

Es wird vereinbart, daß Beanspruchungen, die sich aus einer zunehmenden Temperatur ergeben, als positive Größen berechnet werden, und daß Beanspruchungen auf Grund einer abnehmenden Temperatur als negative Größen berechnet werden. Die Vereinbarung gilt auch bei der Bestimmung der zeitlichen Änderung der Beanspruchung und der zeitlichen Änderung der Dampftemperatur. Diese Polaritäten werden beim Bestimmen entweder einer positiven oder einer negativen Belastungsgeschwindigkeit in dem Belastungsgeschwindigkeitsrechner 62 richtig berücksichtigt, um in der geeigneten Weise entweder eine Belastung oder eine Entlastung der Turbine zu bewirken.

Vorstehend ist ein Verfahren zum Regeln einer BeIastungsänderungsgeschwindigkeit für eine Dampfturbine beschrieben worden, das von sich aus Belastungsund Entlastungsgeschwindigkeiten liefert, durch die die Turbine eine Sollbelastung erreichen kann, ohne daß schädliche Beanspruchungen von Bestandteilen der Turbine auftreten. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch außerdem Einrichtungen vorgesehen, durch die die Belastungs- oder Entlastungsgeschwindigkeit, die tatsächlich auf die Turbine ausgeübt wird, eine optimale Geschwindigkeit ist; d.h. es ist die maximale oder schnellste zulässige Geschwindigkeit ohne Erzeugung übermäßiger Beanspruchung. Das wird erreicht, indem

die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart gleichzeitig mit der Regelung der Belastungsänderungsgeschwindigkeit geregelt wird. Die gesamte koordinierte Regelung basiert auf folgenden Vergangen und Verhaltensweisen.

1. Gemäß weiter oben beschriebenen Merkmalen der Erfindung wird die Belastungsgeschwindigkeit durch die positivste der HD- und MD- Läuferbeanspnichungen bestimmt, die einer durch eine Bedienungsperson eingestellten maximalen Geschwindigkeit unterliegt. Umgekehrt wird die Entlastungsgeschwindigkeit durch die negativste der HD- und MD- Läuferbeanspruchungen bestimmt.

2. Bei Teillast wird die Temperatur der ersten Stufe des HD-Abschnittes verringert, indem die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart in Richtung des Teilbogenbetriebs verstellt wird, und vergrößert, indem die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart in Richtung des Vollbogenbetriebs verstellt wird.

3. Wenn die HD-Läufer-Beanspruchung die Belastungsgeschwindigkeit begrenzt, wird die Dampfbeaufschiagungsbetriebsart in Richtung des Teilbogenbetriebs verstellt, um einen Anstieg der Belastungsgeschwindigkeit auf die durch die MD-Läuferbeanspruchung zugelassene oder durch die Bedienungsperson eingestellte Grenze zu gestatten. Während des Entlastens wird die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart, wenn die HD-Läuferbeanspruchung die Begrenzung bildet, in Richtung des Vollbogenbetriebs versteilt, um die Entlastungsge- «•^hwindigkeit auf den durch die MD-Läuferbean spruchung zugelassene zu steigern.

4. Wenn die MD-Läuferbeanspruchung die Belastungsgeschwindigkeit begrenzt, wird die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart in Richtung des Vollbogenbetriebs verstellt, um die Erhitzung des HD-Läufers in der notwendigen Weise fortzusetzen und die Beanspruchung desselben auf dem maximal zulässigen Wert zu halten, der die Belastung nicht nachteilig beeinflußt. Stattdessen, wenn die MD-Läuferbeanspruchung die Entlastung begrenzt, wird die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart in Richtung des Teilbogenbetriebs verstellt, um den HD-Läufer abzukühlen und wieder die Beanspruchung auf dem maximal zulässigen Wert zu halten, der die Entlastungsgeschwindigkeit nicht nachteilig beeinflußt.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird nun der Dampfbeaufschlagungsbetriebsartregelteil der Anordnung beschrieben. Die höhere der Oberflächen- oder der Bohrungsbeanspruchung für den HD-Läufer wird zuerst durch das Höchstwertgatter 67 ausgewählt, und der Absolutwert der ausgewählten Beanspruchung wird dann durch eine Absolutwerteinrichtung 69 geliefert

Der Absolutwert der Beanspruchung, der mit Si bezeichnet ist, wird in einem Summierpunkt 71 zu einem Beanspruchungsbezugswert 5c addiert Der Beanspruchungsbezugswert Sc wird in einem Bezugsrechner 73 berechnet und ist eine Funktion einer Anfangsbelastungsgeschwindigkeit RiN oder einer durch die Bedienungsperson ausgewählten maximalen Belastungsgeschwindigkeit Rmax, je nach der Größe der Beanspruchung Si. Die Berechnung von Sc kann mit herkömmlichen Analog- oder Digitalschaltungskomponenten erfolgen. Die Anfangsbeiastungsgeschwindigkeit Ä«v ist beanspruchungsabhängig und wird durch den BeIastungsgeschwindigkeitsrechner 62 bestimmt, um die

Turbine während allen frühen Turbinenhochlaufperioden zu regeln, bevor die Istwerte der Beanspruchung auf ein Niveau angestiegen sind, bei dem sie für eine Belastungsgeschwindigkeitsberechnung von Bedeutung sind. Die Anfangsbelastungsgeschwindigkeit Rin stellt eine Belastungsgeschwindigkeit dar, die die Turbine über dem gesamten Belastungsbereich mit einem konservativen Sicherheitsspielraum aushalten würde. Geeignete Verfahren zum Berechnen einer Anfangsbelastungsgeschwindigkeit beinhalten solche, die seit langem ständig in Gebrauch sind, vorzugsweise basiert aber die Berechnung auf zu erwartende Temperaturänderungen in dem HD-Abschnitt der Turbine. Es sei angemerkt, daß weder die genaue Größe der Anfangsbelastungsgeschwindigkeit noch deren Berechnungsverfahren Teiie der Erfindung sind.

Die Speisung der Turbine wird mit Hilfe der Dampfverteilungssteuervorrichtung 44 zum Umschalten von Vollbogenbetrieb auf Halbbogenbetrieb automatisch auf diejenige Betriebsart eingestellt, die bewirkt, daß die (durch den Summierpunkt 71 erzeugte) Differenz zwischen dem Beanspruchungsbezugswert Sc und dem Beanspruchungsistwert 5| minimiert wird. Es ist klar, daß beim Minimieren der Differenz die Dampfbeaufschlagungsbetriebsart auf einem Funkt geregelt werden kann, der zwischen den Extremstellungen des Teilbogen- und des Vollbogenbetriebs liegt. In jedem Fall ist es erwünscht, daß das Differenzsignal (Sc—S\) in einem Ausmaß verstärkt wird, das von den gegenwärtigen Be-

triebsbedingungen der Turbine und der zeitlichen Änderung der Beanspruchung abhängig ist, und daß eine manuelle Einrichtung vorgesehen ist, um den Gleichgewichtspunkt zwischen Vollbogen- und Teilbogenbetrieb einzustellen, bei dem das Differenzsignal minimiert wird. Demgemäß wird das Differenzsignal (Se—Si) mit Faktoren K und FACm einer ersten Multipliziereinheit 75 multipliziert. Das Produkt der Multiplikation wird dann zu einem Vorspannungssignal in einem Sumrnicrpunkt 77 addiert. Die Größe des Faktors K hängt von

der zeitlichen Änderung des gewählten hohen Wertes der Beanspruchung d5|/df bei der geforderten Geschwindigkeitsfunktion ab, die durch die eine Differenziereinrichtung 79 geliefert wird. Ein Vergleicher 81 aktiviert ein Gatter 83, um entweder Ke oder ^5 dS|/dr als den Multiplikationsfaktor K in Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die zeitliche Änderung der Beanspruchung, dSi/dt, höher oder niedriger als ein vorgewählter Grenzwert von dSi/dr ist.
In einem Vergleicher 85 wird die vorhandene Istbelastung Rl der Turbine (ermittelt durch einen Belastungsgeber 87) mit einem voreingestellten Grenzwert Rum verglichen, und mit dem Vergleichsergebnis wird ein Gatter 89 betätigt, um entweder KiRl oder AD als den zweiten Multiplikationsfaktor FACm Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die gegenwärtige Betriebslast höher oder niedriger als der vorgewählte Wert Rum ist Der ausgewählte Wert von FACwlrd an die erste Multiplizierschaltung 75 und an eine zweite Multiplizierschaltung 91 angelegt, in der sie mit einem vorgewählten Vorspannungswert multipliziert wird, bevor sie schließlich in dem Summierpunkt 77 zu dem multiplizierten Differenzsignal addiert wird. Ein Signal, das eine Betriebsartumschaltung bewirkt, wie sie oben beschrieben worden ist, wird aus dem Summierpunkt 77 erhalten und an die Betriebsartumschaltvorrichtung 44 angelegt.

Die Regeleinrichtung von F i g. i kann mit ohne weiteres verfügbaren und herkömmlichen Bestandteilen verwirklicht werden. Beispielsweise können die Gatter

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83 und 89 elektromechanische oder elektronische Festkörperschaltvorrichtungen sein: die Vergleicher 81 und 85, die Multiplizierschaltungen 75 und 91, der Bezugsrechner 73 zusammen mit der Absolutwerteinrichtung 69 und dem Höchstwertgatter 67 können mit Operationsverstärkern in bekannten Schaltungskonfigurationen implementiert werden. Es sei jedoch angemerkt, daß die Regeleinrichtung von Fig. 1 auch mit anderen als elektronischen Vorrichtungen ausgeführt werden kann, beispielsweise mit hydraulischen oder pneumatisehen Vorrichtungen oder mit Fluidics.

Die Ausführungsform von F i g. 1 sorgt daher für eine ständige automatische Regelung der Dampfbeaufschlagungsbetriebsart und der Belastungsgeschwindigkeit, so daß der Turbinenbetrieb unter Bedingungen kontrollierter Beanspruchung optimiert wird. Es können zusätzliche Regelelemente in der Anordnung nach der Erfindung benutzt werden, damit der Turbinenbetrieb nur in der einen oder in der anderen Dampfbeaufschlagungsbetriebsart vonstatten geht. Beispielsweise wird es bei weniger als zehn Prozent Nennlast am zweckmäßigsten sein, den Turbinenbetrieb im Vollbogenbetrieb zu halten. Bei der Aufrechterhaltung höherer konstanter Belastungen wird andererseits die Regelung immer auf den effizienteren Teilbogenbetrieb der Dampfbeaufschlagung gerichtet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Begrenzen der bei Belastungsänderungen auftretenden thermischen Beanspruchung von Bauteilen einer Dampfturbine, die einen Hochdruckteil mit Düsenbögen und Hochdruckturbinenläufer, ferner einen Zwischenüberhitzungs-Mitteldmckteil mit einem Mitteldruckturbinenläufer, und Ventile zur Steuerung der Dampfzufuhr zu den Düsenbögen des Hochdruckteiles enthält, bei welchem