DE3137121C2

DE3137121C2 - Regelsystem für eine Bypassdampfturbine

Info

Publication number: DE3137121C2
Application number: DE3137121A
Authority: DE
Inventors: Royston John Scotia N.Y. Dickenson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1985-05-30
Also published as: CH655358A5; US4353216A; DE3137121A1; ES8206742A1; FR2491125A1; ES505846A0; FR2491125B1; MX150911A; JPS5786507A; JPS6038527B2; IT8124081A0; IT1139472B; CA1182192A

Abstract

Eine Lösung für das Problem der übermäßigen Drehver lusterwärmung in einer Bypassdampfturbine (12) ist das Einleiten eines Gegendampfstroms in den Hochdruckabschnitt (14) der Turbine während derjenigen Betriebsperioden, in denen diese Erwärmung auftreten kann. Das Regelsystem dient zum automatischen Auswählen entweder des Vorwärts- oder des Gegendampfstrombetriebs, je nachdem, welcher am geeignetsten ist, in Abhängigkeit von Turbinen- und anderen damit in Beziehung stehenden Betriebsbedingungen. Das Regelsystem enthält in einer Ausgestaltung eine Einrichtung (101) zum Auswählen entweder eines Vorwärts- oder eines Gegenstromsteuersignals zum Steuern der Dampfeinlaßsteuerventile (28); eine Einrichtung (121) zum Steuern des Gegenstromventils (62) mit einer Entscheidungslogik (123, 125, 127, 129) zum Bestimmen, ob das Gegenstromventil (62) geöffnet oder geschlossen wird; und eine Einrichtung (142) zum Steuern des Lüftungsventils (64) mit einer Entscheidungslogik (149, 151, 153, 155, 157) zum Bestimmen, ob das Lüftungsventil (64) geöffnet oder geschlossen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Regelsysteme für Dampfturbinen und betrifft insbesondere ein Regelsystem für Dampfturbinen, die in der Dampfbypassbetriebsart betrieben werden können.

Die Bypassbetriebsart einer Dampfturbine bringt, obgleich sie in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, besondere Probleme mit sich, wenn diese Betriebsart auf diejenigen Turbinen ausgedehnt wird, die sich an dem größeren Ende des Größenspektrums befinden. Insbesondere

bei Betriebszuständen mit geringer Belastung (einschließlich des Falles, in welchem keine Belastung vorhanden ist), tritt bei den größeren Maschinen ein Problem auf, das als »Erwärmung durch Luftreibungsverluste« oder als »Drehverlusterwärmung« bezeichnet wird. Diese Art der Erwärmung tritt am wahrscheinlichsten am Auslaßende des Hochdruck-Abschnittes der Turbine auf, und zwar infolge der Kombination von hohem Gegendruck an diesem Punkt aus der Bypassdampfströmung und der relativ geringen Dampfströmung in iiem Hochdruck-Abschnitt der Turbine. Die Luftreibungsverlusterwärmung kann, wenn sie unkontrolliert bleibt, die Dampftemperatur auf übermäßig große Werte erhöhen und ist deshalb für die Turbine potentiell schädlich.

In der DE-OS 30 47 008 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verhindern der Drehverlusterwärmung beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird ein Gegenstrom von Dampf durch den Hochdruck-Abschnitt der Turbine hindurchgeleitet, so daß die durch Luftreibung verursachten Wärmeverluste durch den Kühldampfstrom abgeführt werden. Der Dampfgegenstrom wird vorzugsweise der Hochdruckbypassleitung unmittelbar vor dem Dampfzwischenüberhitzer entnommen und wird dann über den Turbinenhochdruckabschnitt von den letzten Stufen aus über die erste Stufe zurückgeleitet Der Dampfgegenstromweg enthält ein Gegenstromventil zum Einlassen des Kühldampfes in den Hochdruck-Abschnitt und ein angeschlossenes Ventilator- oder Lüftungsventil zum Ablassen des Kühldampfes aus dem Hochdruck-Abschnitt Die Steuerventile, über die der Dampf in die Turbine in der herkömmlichen Vorwärtsstromrichtung eingelasen wird, müssen selbstverständlich geschlossen werden, wenn der Gegenstromweg benutzt wird.

Während des Gegenstrombetriebes Hefen der in die Abschnitte niedrigeren Druckes eingelassene Dampf die Antriebsenergie, die für irgendeine angeschlossene Last erforderlich ist. Durch richtiges Ausgleichen der Dampfströmung bewirkt die Gegenstromtechnik, daß eine übermäßige Luftreibungsverlusterwärmung in den Abschnitten niedrigeren Druckes einer Turbine sowie in dem Hochdruck-Abschnitt eliminiert wird.

An einem gewissen Punkt während des Turbinenbetriebes, wenn die Last an der Turbine bis zu dem Punkt vergrößert worden ist, an dem die Dampfströmung in der Vorwärtsrichtung des Hochdruck-Abschnittes hergestellt werden kann, ohne daß es zu übermäßigen Temperaturen entweder in dem Hochdruck- oder in den Niederdruck-Abschnitten kommt, wird das Lüftungsventil geschlossen und die Einlaßsteuerventile werden geöffnet

Der Übergang von einem Dampfstrombetrieb auf den anderen erfordert die Kenntnis von Turbinenbetriebsparametern und auf der Basis der Betriebsuarameter die Vornahme einer Beurteilung, wann der Obergang in der Dampfstromrichtung am wirksamsten vorgenommen werden kann. Ein Übergang, der entweder zu spät oder frühzeitig ist, ist unter dem Gesichtspunkt sowohl des Betriebswirkungsgrades als auch der Minimierung der Gefahren einer Beschädigung der Turbine durch Überhitzung unerwünscht.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Regelsystem zum Ermitteln von gewissen vorgewählten Betriebszuständen der Turbine und zum automatischen Übergehen auf entweder einen Vorwärtsdampfstrom oder einen Gegendampfstrom durch den Hochdruck-Abschnitt der Turbine in Abhängigkeit von dem Status von solchen Bedingungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Regelsystem nach der Erfindung steuert das Ges genstromventü, das Lüftungsventil und das Einlaßsteuerventil einer Bypassdampfturbine derart, daß ein Vorwärts- oder Gegendampfstrom durch den Hochdruck-Abschnitt der Turbine in Abhängigkeit von Turbinenbetriebsparametern automatisch gewählt wird. Die Wahl erfolgt derart, daß eine Beschädigung der Turbine durch Drehverlusterwärmung verhindert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Regelsystem eine erste Automatikeinrichtung mit einer Logik zum Wählen entweder eines Vorwärts- oder eines Gegenstromsteuersignals zum Steuern der Einlaßsteusrventileinstellung derart, daß das Vorwärtsstromsignal immer nur dann steuert, wenn eine Gruppe von vorgewählten Betriebsbedingungen erfüllt ist; eine zweite Automatikeinrichtung zum Steuern des Betriebes des Gegenstromventils, die eine Entscheidungslogikeinrichtung enthält, die in Abhängigkeit von Turbinen- und anderen damit in Beziehung stehenden Betriebsbedingungen bestimmt ob das Gegenstromventil in der offenen oder in der geschlossenen Position sein soll; und eine dritte Automatikeinrichtung zum Steuern des Betriebes des Lüftungsventils, die eine Logikeinrichtung aufweist, welche ebenfalls in Abhängigkeit von Turbinen- und anderen damit in Beziehung stehenden Betriebsbedingungen bestimmt, ob das Lüftungsventil in der offenen oder in der geschlossenen Position sein soll. Zusätzlich zu der Automatiksteuerung sind Vorkehrungen getroffen zum manuellen Wählen des Vorwärtsstroms von Dampf immer dann, wenn die Betriebsbedingungen es gestatten.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Turbogeneratorsatzes mit einer Bypassdampfturbine, die für einen Vorwärts- oder einen Gegendampfstrom durch den Turbinenhochdruckabschnitt ausgerüstet ist, und die Wirkverbindungen zwischen dem Regelsystem nach der Erfindung und der Turbine sowie deren Gesamtsteuersystem, und

F i g. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Vorwärts-Gegenstrom- Reglers für das Regelsystem nach der Erfindung, wobei die gezeigte Ausführungsform für die Verwendung in Verbindung mit der Bypassturbine von F i g. 1 vorgesehen ist.

Eine große Dampfturbine mit ihrem gesamten Steuersystem und vielen Untersystemen zum Überwachen und zum Gewährleisten des Schutzes des Personals und der Anlage ist ein sehr komplexer und komplizierter Teil der Anlage. Es werden deshalb bei der Beschreibung und Darstellung der Erfindung nur diejenigen Teil des gesamten Turbogeneratorsystems, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind, dargestellt. Vereinfachungen werden, wo immer möglich, gemacht, um das Verständnis der Prinzipien und der Arbeitsweise des Regelsystems nach der Erfindung zu erleichtern.

F i g. 1 zeigt eine Anlage zum Erzeugen von elektrischem Strom, in welcher ein Kessel 10 als Hochdruckdampfquelle dient und das Antriebsfluid zum Antreiben einer Zwischenüberhitzungsdampfturbine 12 liefert, die einen Hochdruck(HD)-Abschnitt 14, einen Mitteldruck(M D)-Abschnitt 16 und einen Niederdruck(ND)-Abschnitt 18 aufweist. Das ist zwar die herkömmliche Art der Bezeichnung, bisweilen können hier

jedoch der MD-Abschnitt 16 und der ND-Abschnitt 18 zusammengefaßt und als Abschnitte niedrigeren Drukkes (ND) der Turbine bezeichnet werden. Ebenso kann das Bypassuntersystem (im folgenden beschrieben), das Dampf um diese Abschnitte herumleitet, als Bypassuntersystem niedrigeren Druckes oder ND-Bypassuntersystem bezeichnet werden. Die Turbinenabschnitte 14, 16 und 18 sind zwar in Tandemanordnung mit dem Generator 20 über eine Welle 22 gekuppelt dargestellt, es können jedoch auch andere Kupplungsanordnungen benutzt werden.

Der Dampfstrom aus dem Kessel 10 geht in eine Dampfleitung 24. welcher der Dampf für die HD-Turbine 14 über ein Hauptabstellventil 26 und ein Einlaßsteuerventil 28 entnommen werden kann. Ein Hochdruckbypassuniersystem, das ein HD-Bypassventil 30 und eine Heißdampfkühlstation 32 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um den HD-Abschnitt 14 herum. Es ist klar, daß, obwohl ein HD-Bypassuntersystem dargestellt ist, weitere parallele Bypasswege, die jeweils ein Durchflußsteuerventil enthalten, ebenfalls benutzt werden können. In jedem Fall geht der aus der HD-Turbine 14 austretende Dampf durch ein Rückschlagventil 34 hindurch, um sich wieder mit jedwedem Dampf, der herumgeleitet worden ist, zu vereinigen, und die gesamte Strömung geht dann durch einen Zwischeniiberhitzer 36. Vom Zwischenüberhitzer 36 kann Dampf über ein Abfangventil 38 und ein Zwischenüberhitzerabsperrventil 40 zu der MD-Turbine 16 und der ND-Turbine 18 gelangen, die in dem Dampfweg über eine Leitung 42 in Reihe geschaltet sind. Aus der N D-Turbine 18 ausgetretener Dampf strömt zu einem Kondensator 44. Ein Bypassuntersystem niedrigeren Druckes (ND), das ein ND-Bypassventil 46, ein ND-Bypassabsperrventil 48 und eine Heißdampfkühlstation 50 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um die MD-Turbine 16 und die ND-Turbine 18 herum zu dem Kondensator 44.

Die Steuerung der Dampfströmung sowohl in dem HD- ak auch in dem ND-Bypassuntersystem durch die drosselnden Bypassventile 30 bzw. 46 erfolgt vorzugsweise auf eine Art und Weise, die in Beziehung zu dem Kesseldruck und dem Dampfstrom aus dem Kessel steht. Demgemäß sorgen ein HD-Bypassregelkreis und ein ND-Bypassregelkreis für eine solche Regelung. Der HD-Regelkreis enthält einen ersten Druckgeber 52 und einen HD-Bypassregler 54; der ND-Bypassregelkreis enthält ebenfalls den ersten Druckgeber 52 und außerdem einen ND-Bypassregier 56.

Die Steuerung des Abfangventils steht andererseits vorzugsweise in Beziehung zum Zwischenüberhitzerdampfdruck. Es ist daher ein Abfangventilregelkreis vorgesehen, der einen zweiten Druckgeber 58 und einen Abfangventilregler 60 enthält.

Ein Regelsystem für eine Bypass-Dampfturbine, das in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem verwendbar ist, ist in der DE-OS 31 33 504 vorgeschlagen.

Gemäß Fig. 1 werden ein Turbinenbedarfssignal El und ein Einlaßsteuerventilpositionssignal Et dem Abfangregelkreis bzw. den Bypassregelkreisen als zusätzliche Eingangssignale zugeführt

Dem HD-Abschnitt 14 der Turbine 12 sind ein Gegenstromventi! 62 und ein Lüftungsventil 64 zugeordnet, die hauptsächlich für Betriebszustände ohne Last und mit niedriger Last benutzt werden. Die Ventile 62 und 64 werden benutzt, um einen Gegenstrom von Damöf durch die HD-Turbine zu leiten, wie es in der DE-OS 30 47 008 angegeben ist. Der Gegendampfstrom eliminiert eine Drehverlust- oder Luftreibungsverlusterwärmung, die unter gewissen Bedingungen niedriger Belastung, wie sie der Bypassbetriebsart zugeordnet sind, auftreten. Die Luftreibungsverlusterwärmung wird gesteuert, indem ein Teil des Hochdruckbypassdampfes in die Niederdruckabschnitte 16 und 18 der Turbine in ausreichender Menge eingeleitet wird, um Antriebsfluid zum Antreiben der Turbine zu bilden. Gleichzeitig wird ein zweiter Teil des Dampfes, der um den Hochdruck-Abschnitt herumgeleitet wird, in den Hochdruck-Abschnitt 14 der Turbine in Gegenstromrichtung eingeleitet, um durch sie rückwärts hindurchzugehen. Die Turbine wird also vollständig durch denjenigen Teil des HD-Bypassdampfes angetrieben, der in die Niederdruckabschnitte 16 und 18 der Turbine eingeleitet wird, während ein zweiter Teil des HD-Bypassdampfes in Gegenstromrichtung in den HD-Abschnitt 14 der Turbine eingeleitet wird, um einen Brems- und Kühleffekt zu erzeugen. Die Ströi ie werden so bemessen, daß eine Überhitzung sowohl in dem HD-Abschnitt als auch in den ND-Abschnitten verhindert wird.

Das Gegenstromventil 62 ist vorgesehen, um den Gegenstrom oder Kühldampf in den HD-Abschnitt 14 der Turbine einzulassen, und das Lüftungsventil 64 ist vorgesehen, um den Kühldampf in die Atmosphäre oder in den der Turbine zugeordneten Kondensator 44 abzulassen.
Wenn die Last an der Turbine bis zu dem Punkt erhöht worden ist, bei dem der Dampfstrom in der Vorwärtsrichtung des HD-Abschnitts hergestellt werden kann, ohne daß übermäßige Temperaturen entweder in dem HD-Abschnitt oder in den ND-Abschnitten auftreten, wird das Lüftungsventil 64 geschlossen, und das herkömmliche Steuerventil wird öffnen. Dieser Ventilbetätigungsvorgang spielt sich vorzugsweise in einer relativ kurzen Zeitspanne, d. h. in Sekunden ab. Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Steuern der Dampfrichtungsdurchflußventile (d. h. der Ventile 28, 62 und 64) derart, daß die Richtung des Dampfstroms in dem HD-Abschnitt 14 der Turbine automatisch festgesetzt wird.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anordnung eines solchen Regelsystems. Beispielsweise gibt ein Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 Betriebssteuersignaie an das Einlaßsteuerventil 28, an das Gegenstromventil 62 und an das Lüftungsventil 64 ab, um die Positionierung dieser Ventile in Abhängigkeit davon festzulegen, ob vorgewählte Turbinenbetriebsbedingungen erfüllt sind.

Darüber hinaus gibt in einer Ausgestaltung der Erfindung der Regler 66 ein Schließvorspannungssignal an das Rückschlagventil 34 unier gewissen Bedingungen ab, so daß es zwangsläufig auf seinen Sitz gebracht und gegen relativ niedrige Restdrücke in dem HD-Abschnitt 14 geschlossen werden kann. Ohne die Verwendung des Schließvorspannungssignals arbeitet das Rückschlagventil 34 wie ein herkömmliches Rückschlagventil und wird durch Dampfdruckdifferenzen geöffnet oder geschlossen.

Bei dem herkömmlichen Vorwärtsstrombetrieb wird das Lüftungsventil 64 geschlossen gehalten, das Einlaßsteuerventil 28 wird gemäß dem Ventilpositioniersignal E_L positioniert (E_L und E_L sind gleich, wenn der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt), und das Gegenstromventil 62 kann in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl und der Lüftungsventilposition geöffnet oder geschlossen werden. Das Gegenstromventil 62 und das Lüftungsventil 64 haben vorzugsweise keine Zwischenstel-

lungen und sind entweder völlig geöffnet oder völlig geschlossen.

Der Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 steht mit einer Bedienungssteuertafel 68 in Verbindung, über die das Bedienungspersonal gewisse Vorbedingungen oder Betriebsbeschränkungen in den Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 eingeben kann. Beispielsweise kann in einer Ausgestaltung der Erfindung das Bedienungspersonal über die Steuertafel 68 veranlassen, daß sich die Ventile 28, 62 und 64 in einer Position zum Vorwärmen der Turbine befinden. Darüber hinaus kann die Steuertafel 68 benutzt werden, um den Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 manuell darüber zu informieren, daß die Bypass-Systeme »außer Betrieb« sind, so daß die Turbine in einer herkömmlichen Betriebsart betrieben werden kann. Weiter kann das Bedienungspersonal veranlassen, daß die Dampfströmung in der Vorwärtsrichtung durch den H D-Abschnitt 14 der Turbine geht, und zwar immer dann, wenn andere Bedingungen erfüllt sind. Diese vom Bedienungspersonal eingegebenen Signale werden weiter unten in Verbindung mit F i g. 2 ausführlicher erläutert.

Ein Automatikhochlaufregler 70 verkehrt ebenfalls mit dem Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 und liefert ein Zustimmungssignal (auf der Basis von thermischen und mechanischen Spannungen und anderen Turbinenbetriebsparametern), das dem Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 (wenn weitere Bedingungen erfüllt sind) gestattet zu veranlassen, daß der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt. Der Automatikhochlaufregler 70 an sich ist kein wesentlicher Teil der hier beschriebenen Erfindung, sondern ist von einer auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Bauart und dient zum automatischen und sicheren Hochfahren einer Turbine über deren Hochlaufschritte unter gleichzeitiger Vermeidung von übermäßigen thermischen und mechanischen Spannungen. Der Automatikhochlaufregler 70 liefert ein Zustimmungssignal, um dem Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 zu gestatten, von dem Gegendampfstrombetrieb auf den Vorwärtsdampfstrombetrieb nur dann umzuschalten, wenn das möglich ist, ohne daß hohe Wärmespannungen in der Turbine verursacht werden. Das Zustimmungssignal, das somit durch den Automatikhochlaufregler 70 geliefert wird, kann beispielsweise einfach das Schließen eines Schalterkontakts sein, das zum Anlegen eines richtigen Logiksignals führt.

Weitere Eingangssignale des Vorwärts-Gegenstrom-Reglers 66 sind dreifach redundante Turbinendrehzahlsignale aus Wellendrehzahlgebern 72; ein Signal, das die Lüftungsventilposition anzeigt, aus einem Positionsgeber 74 (der an dem Lüftungsventil 64 angebracht ist); ein NoiausiösungssignaS aus einem Turbirser.drehzah!- und -Lastregler 76; ein Turbinenbedarfssignal El, das den Bedarf der Turbine an Dampf zum Aufrechterhalten einer vorgewählten Drehzahl und Belastung angibt; und ein Abfangventilbedarfssignal aus dem Abfangventilregler 60. Das Abfangventilbedarfssignal ist zu dem Dampfstrom durch die ND-Abschnitte 16 und 18 der Turbine 12 proportional und zu dem Druck in dem Zwischenüberhitzer 36 umgekehrt proportional. Das Einlaßsteuerventilpositioniersignal El, das durch den Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 geliefert wird, stimmt mit dem Turbinenbedarfssignal El überein, wenn der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt, es wird aber gewählt, um das Einlaßsteuerventi! 28 zwangsläufig zu schließen, wenn der Dampf in der Gegenrichtung strömt. Es ist somit eine Funktion des Vorwärts-Gegenstrom-Reglers 66, das Signal je nachdem, wie das Einlaßsteuerventil 28 positioniert ist, zu wählen. Im allgemeinen stellt der Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 die Ventile 28, 34, 62 und 64 jedoch so ein, daß ein Vorwärtsstrom von Dampf automatisch gewählt wird, wenn die Turbine ausreichend belastet ist, um eine übermäßige Drehverlusterwärmung zu vermeiden, und daß ein Gegenstrom von Dampf nur dann gewählt wird, wenn Belastungsbedingungen vorliegen, die zu einer solchen Erwärmung führen.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Vorwärts-Gegenstrom-Reglers 66 von F i g. 1 im Detail. Ein Relais 101, das einen Schaltkontakt 103 enthält, ist eine automatische Vorrichtung, die durch eine zugeordnete Logikschaltung betätigt wird, um das Signal auszuwählen, das zum Steuern der Einlaßsteuerventilbetätigung dient. Wenn sich der Kontakt 103 in der gezeigten Position befindet, sind die Signale El und El gleich, und die Einlaßsteuerventilbetätigung erfolgt gemäß dem Turbinenbedarfssignal El, wie es durch den Drehzahl- und -Lastregler 76 von F i g. 1 geliefert wird. Der Relaiskontakt 103 ist immer dann in der in F i g. 2 gezeigten Position, wenn das Relais 101 betätigt ist und wenn eine vorgewählte Gruppe von Betriebsbedingungen, die durch die" Logikschaltung, welche das Relais 101 ansteuert, bestimmt wird, erfüllt ist. Das Relais 101 muß daher für einen Vorwärtsstrom von Dampf geschlossen sein. Andererseits, wenn das Relais 101 nicht betätigt ist, was anzeigt, daß die vorgewählte Gruppe von Betriebsbedingungen nicht erfüllt ist, legt der Relaiskontakt 103 an die Einlaßsteuerventilleitung ein Ventilschließsignal an. wodurch das Einlaßsteuerventil zwangsläufig geschlossen wird. Das ist die Situation für einen Gegendampfstrom. Das Relais 101 wird somit gezwungen, entweder ein Vorwärtsstromsteuersignal El oder ein Gegen-Stromsteuersignal zu wählen, wobei letzteres das Einlaßsteuerventil zwangsläufig schließt.

Die Logikschaltungsanordnung, die dem Relais 101 zugeordnet ist und das Einlaßsteuerventilpositioniersignal auswählt, enthält ODER-Gatter 105, 107 und 109, UND-Gatter 111 und 113 und einen Vergleicher 115. der ein erstes und ein zweites Bedarfssollwerteingangssignal aus einer X- bzw. aus einer V-Sollwcrteinheit 117 bzw. 119 empfängt. Die X- und K-Werte sind als Prozentsatz des maximalen Bedarfswertes ausgedrückt. Die Logiksymbole, die in F i g. 2 benutzt werden, sind NEMA-Standardsymbole.

Die Gruppe von vorgewählten Bedingungen, die erforderlich ist, damit das Relais 101 betätigt wird, umfaßt drei Signale aus einer Bedienungssteuertafel, wie sie in

so F i g. 1 dargestellt ist Zu diesen Signalen gehören ein Vorwärmsignal, das direkt an einen Eingang des ODER-Gatters 105 angelegt wird: ein »Bypass Aus«-Signal. das an einen Eingang des ODER-Gatters 107 angelegt wird: und ein Handwählsignal, das an einen Eingang des ODER-Gatters 109 angelegt wird. Das Handwählsignal kann als Zustimmungssignal angesehen werden, das auf der Beurteilung durch das Bedienungspersonal basiert und die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals El gestattet, das zur Einlaßsteuerventilpositionierung angelegt wird, vorausgesetzt, daß weitere Bedingungen, die unten beschrieben sind, erfällt sind. Wenn entweder das Vorwärm- oder das »Bypass Aus«-Signal angelegt wird, wird das Relais 101 betätigt, und das Einlaßsteuerventil spricht auf das Signal El an, was den Vorwärtsdampfstrom gestattet. Andererseits muß das Handwählsignal, während es an dem ODER-Gatter 109 anliegt, auch die UND-Verknüpfung in dem UND-Gatter 113 erfüllen, bevor das Relais 101 betätigt wird. Ein paralleles Ein-

gangssignal wird an das ODER-Gatter 109 aus einem Turbinenautomatikhochlaufregler in der oben beschriebenen Weise angelegt und hat daher denselben Effekt wie ein Handwähleingangssignal und kann als ein zweites Zustimmungssignal für den Vorwärtsdampfstrom betrachtet werden. Das »Bypass Aus«-Signal zeigt an, daß die Turbine auf herkömmliche Weise (ohne die Bypassuntersysteme) betrieben wird, und durch das Anliegen dieses Signals wird das Relais 101 in der Vorwärtsdampfstromposition gehalten. Das Vorwärmsignal hält ebenfalls das Relais 101 in einer Vorwärtsdampfstromposition, so daß das Einlaßsteuerventil anspricht, wenn die Turbine für einen Hochlauf vorgewärmt wird.

Das UND-Gatter 113 empfängt außer einem Eingangssignal aus dem ODER-Gatter 109 auch ein Signal aus dem Vergleicher 115 immer dann, wenn das Abfar.gventilbedarfssignal größer als ein vorgewählter Sollwert X ist, der durch die Sollwerteinheit 117 geliefert wird. Das Abfangventilbedarfssignal, das mit vorgewählten Bedarfssollwerten X und Y in dem Vergleicher 115 verglichen wird, wird dem Regelkreis entnommen, der die Positionierung des Abfangventils 38 steuert, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Das Abfangventilbedarfssignal gibt den Grad der öffnung des Abfangventils und den Bedarf an durch dieses hindurchgehendem Dampfstrom an. Wenn der Abfangventilbedarf ausreichend groß ist (größer als der Bedarfssollwert X) und wenn entweder ein Handwählsignal oder ein Zustimmungssignal aus einem Automatikhochlaufregler vorhanden ist, wird deshalb das UND-Gatter 113 aktiviert, welches seinerseits das Relais 101 betätigt

Das UND-Gatter 111 bildet in Kombination mit dem V-Ausgangssignal des Vergleichers 115 eine Halteschaltung, die das Relais 101 erregt hält. Wenn somit der Abfangventilbedarf größer als der Sollwert Y ist und wenn das ODER-Gatter 107 erregt worden ist, verriegelt daher das UND-Gatter 111 die ODER-Gatter 107 und 105 und das Relais 101, bis der Abfangventilbedarf unter den V-Soliwert abfällt.

Die Betätigung des Gegenstromventils (in F i g. 1 mit der Bezugszahl 62 bezeichnet) erfolgt durch einen Gegenstromventilstellantrieb 121, der seinerseits durch eine Logikschaltungsanordnung gesteuert wird, die das Betätigen (öffnen) des Gegenstromventils nur dann gestattet, wenn die Drehzahl der Turbine größer als eine vorgewählte Drehzahl ist und wenn das Lüftungsventil geöffnet ist. Die Betätigung des Ventilstellantriebs 121 wird dann durch das UND-Gatter 123 bestimmt, das Eingangssignale aus dem Lüftungsventilpositionsvergleicher 125 und einem 2-aus-3-WelIendrehzahldetektornetzwerk 127 hat. Ein Lüftungsventilpositionssignal wird durch einen Lüfiuiigsventilpösitionsgeber 74 (in F i g. 1 dargestellt) an den Vergleicher 125 abgegeben, in welchem die Ventilposition mit einem voreingestellten Sollwert verglichen wird, der durch eine Lüftungsventilsollwerteinheit 129 geliefert wird. Ein Signal, das zum Betätigen des UND-Gatters 123 geeignet ist, wird durch den Ventilpositionsvergleicher 125 nur dann geliefert, wenn das Lüftungsventil ausreichend geöffnet ist Das Gegenstromventil wird somit nur dann zum öffnen veranlaßt, wenn die Turbinendrehzahl über einem vorgewählten Wert ist und wenn das Lüftungsventil ausreichend geöffnet ist.

Das 2-aus-3-Drehzahldetektornetzwerk 127 liefert ein zum Betätigen des UND-Gatters 123 geeignetes Signal nur dann, wenn wenigstens 2 von den 3 Eingangssignalen, die die Turbinenweilendrehzahl angeben, oberhalb einer vorgewählten Mindestdrehzahl liegen. Das Drehzahldetektornetzwerk 127 enthält Drehzahlvergleicher 131,133 und 135; eine Drehzahlsollwerteinheit 137, durch die die Mindestdrehzahl gewählt werden kann; UND-Gatter 139, 141 und 143; und ein ODER-Gatter 145. Vorzugsweise werden die drei Eingangsdrehzahlsignale drei gesonderten Drehzahlgebern entnommen.

Die Betätigung des Lüftungsventils (Bezugszahl 64 in Fig. 1) erfolgt durch einen Lüftungsventilstellantrieb 147, der durch eine Logikschaltungsanordnung gesteuert wird, die ein UND-Gatter 149, ein ODER-Gatter 151, einen Inverter 153 und einen Bedarfsvergleicher 155 mit einer Bedarfsbezugseinheit 157 enthält. Die Logikschaltungsanordnung für das Lüftungsventil veranlaßt somit den Stellantrieb 147, das Lüftungsventil zu öffnen, was einen Gegendampfstrom gestattet, wenn die Turbine nicht vorgewärmt wird und die Turbinenlast auf den unteren Lastwerten ist, bei denen die Luftreibungsverlusterwärmung ein Problem ist. Eine Anzeige dieser unteren Lastw ;rte erfolgt immer dann, wenn das Einlaßsteuerventilpositioniersignal El kleiner als ein vorgewählter Wert ist.

Statt dessen wird das Lüftungsventil zu öffnen veranlaßt, wenn eine Notabschaltung erfolgt ist und unter der Voraussetzung, daß das Lüftungsventil nicht für Turbinenvorwärmvorgänge geschlossen gehalten wird. Das Notabschalt- oder Notauslösungsignal zeigt an, daß die Einlaßsteuerventile sehr schnell geschlossen worden sind, um die Dampfversorgung der Maschine abzuschalten, und es wird vorzugsweise dem Hydrauliksystem (hier nicht dargestellt) entnommen, das zum Betätigen dieser Steuerventile benutzt wird.

Um zu gewährleisten, daß das Rückschlagventil 34 von Fig. 1 zwangsläufig aufsitzt und daß es eine positive Schließkraft zur richtigen Zeit hat, ist es vorzugsweise mit einem (bekannten) Schließstellantrieb versehen, durch den eine Schließvorspannkraft ausgeübt wird. Der Ventilschließstellantrieb 159, der in F i g. 2 gezeigt ist, wird daher durch das ODER-Gatter 151 betätigt, um eine Schließvorspannung auf das Rückschlagventil immer dann auszuüben, wenn ein Notauslösungszustand eintritt, oder immer dann, wenn das Einlaßsteuervemüpositionssignal El kleiner als ein vorgewählter Wert ist. Es ist jedoch klar, daß das automatische Auswählen des Vorwärts- oder des Gegenstroms in dem H D-Abschnitt 14 (Fig. 1) auch dann erfolgen kann, wenn das Rückschlagventil 34 nicht mit einem Schließvorspannungsstellantrieb versehen ist.
Vorstehend ist ein Regelsystem zum automatischen Auswählen entweder des Vorwärts- oder des Gegendampfstroms in dem Hochdruck-Abschnitt einer Dampfturbine, je nach dem, um die Turbine vor übermäßiger Luftreibungsverlusterwärmung zu schützen und einen Turbinenbetrieb mit gutem Wirkungsgrad zu erzielen, beschrieben worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem zum automatischen Aaswählen eines Vorwärts- oder eines Gegendampfstroms in dem Hochdruck-Abschnitt (14) einer Bypassdampfturbine (12) mit wenigstens einem Einlaßsteuerventi! (28) zum Einlassen von Dampf in einer Vorwärtsstromrichtung durch den Hochdruck-Abschnitt (14), mit einem Gegenstromventü (62) zum Einlassen von Dampf in einer Gegenstromrichtung durch den Hochdruck-Abschnitt (14), mit einem Lüftungsventil (64) zum Ablassen von Dampf aus dem Hochdruck-Abschnitt (14) und mit einem Abfangventil (38) zum Einlassen von Dampf in die Niederdruck-Abschnitte (16, 18) der Turbine (12), gekennzeichnet durch

eine erste Einrichtung (101) turn Auswählen des Steuersignals, gemäß welchem das Einlaßsteuerventil (28) positioniert wird, wobei die erste Einrichtung mit einer ersten Logikeinrichtung (105,107,109,111, 113,115,117,119) versehen ist zum Auswählen eines Gegenstromsteuersignals, welches das Ventil zwangsläufig schließt immer dann, wenn die Turbine unter Lastbedingungen arbeitet, bei denen eine übermäßige Drehverlusterwärmung in der Turbine (12) erzeugt wird, und zum Auswählen eines Vorwärtsstromsteuersignals zum Positionieren des Einlaßsteuerventils (28) gemäß dem Last- und dem Drehzahlsteuerbedarf immer dann, wenn die Turbine (12) unter Lastbedingungen arbeitet, bei denen keine übermäßige Drehverlusterwärmung erzeugt wird;

eine zweite Einrichtung (121) zum Betätigen des Gegenstromventils (62), wobei die zweite Einrichtung mit einer zweiten Logikeinrichtung (123, 125, 127, 129) versehen ist, die veranlaßt, daß das Gegenstromventil (62) immer dann offen ist, wenn die Turbine (12) bei einer Drehzahl arbeitet, die über einer vorgewählten Drehzahl liegt; und eine dritte Einrichtung (147) zum Betätigen des Lüftungsventils (64), wobei die dritte Einrichtung eine dritte Logikeinrichtung (149,151,153,155,157) enthält, die bewirkt, daß das Lüftungsventil (64) immer dann offen ist, wenn die Turbine (12) unter Bedingungen arbeitet, bei denen eine übermäßige Drehverlusterwärmung in der Turbine (12) erzeugt wird.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Logikeinrichtung (105, 107, 109,111,113,115,117,119) ein erstes Zustimmungssignal und ein Bedarfssignal, das den Grad der Öffnung des Abzweigventils (38) angibt, empfangen kann, um die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals (Ei) zu bewirken, solange das Bedarfssignal einen ersten vorgewählten Sollwert übersteigt und das erste Zustimmungssignal empfangen wird.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Logikeinrichtung (149, 151, 153,155,157) veranhßt, daß das Lüftungsventil (64) offen ist, solange von dem Einlaßsteuerventil (28) verlangt wird, daß es um weniger als ein vorgewähltes Ausmaß geöffnet ist.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Logikeinrichtung (105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119) bewirkt, daß das Vorwärtsstromsteuersignal zu allen Zeiten nach seiner ersten Auswahl gewählt wird, und zwar so lange, wie das Bedarfssignal einen zweiten vorgewählten Soll

wert übersteigt, der kleiner als der erste Sollwert ist

5. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Logikeinrichtung (123,125,127,129) bewirkt, daß das Gegenstromventil (62) immer dann offen ist, wenn eine vorgewählte Turbinendrehzahl überschritten ist und das Lüftungsventil (64) in einer offenen Position ist

6. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Logikeinrichtung (149, 151, 153, 155, 157) bewirkt daß das Lüftungsventil (64) immer dann offen ist wenn von dem Einlaßsteuerventil (28) verlangt wird, daß es weniger als ein vorgewähltes Ausmaß geöffnet ist und die Turbine (12) nicht in einem Vorwärmbetriebszustand ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Logikeinrichtung (105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119) eine Einrichtung (111, 115) enthält die- bewirkt, daß das Vorwärtsstrom-Steuersignal duroh die erste Automatikeinrichtung (101) beibehalte.! wird, nachdem das Vorwärtsstromsteuersignal (El) anfänglich gewählt worden ist, und so lange, wie das Bedarfssignal ständig einen zweiten vorgewählten Bedarfsollwert übersteigt, der kleiner ist als der erste Bedarfsollwert.

8. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Logikeinrichtung (123, 125,127,129) mittels einer 2-aus-3-Redundanzdrehzahldetektoreinrichtung (127), die bestimmt, wann die vorgewählte Turbinendrehzahl überschritten wird, bewirkt daß das Gegenstromventü (62) of fen ist.

9. Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Logikeinrichtung (105, 107, 109, 111, 113, 115,117, 119) ein Signal, welches angibt, daß die Turbine (12) vorgewärmt wird, empfangen kann und die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals immer dann bewirkt, wenn das Signal empfangen wird.

10. Regelsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Logikeinrichtung (105, 107,109,111,113,115,117,119) ein zweites Zustimmungssignal empfangen kann und eine Einrichtung enthält, um die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals immer dann zu bewirken, wenn das Bedarfssignal einen ersten vorgewählten Bedarfssollwert übersteigt und das erste Zustimmungssignal oder das zweite Zustimmungssignal empfangen wird.

11. Regelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zustimmungssignal manuell wählbar ist.

12. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zustimmungssignal durch einen Automatikturbinenhochlaufregler (70) automatisch gewählt wird.