DE4332078A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung des Betriebszustandes einer Turbine während eines Anfahrvorgangs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung des Betriebszustandes einer Turbine während eines Anfahrvor­ gangs. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Anfahrvorgang einer Turbine, z. B. einer Dampfturbine, vom Stillstand bis zur Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl setzt sich üblicherweise zusammen aus unterschiedlichen Drehzahlan­ stiegs- und Wartezeiten. Dabei hängt der zeitliche Drehzahl­ anstieg bis zum Erreichen der Betriebsdrehzahl insbesondere ab von turbinenspezifischen Kenngrößen und vom thermischen Zustand der Turbine.

Nach einer bisher üblichen Methode wird der Anfahrvorgang ma­ nuell eingestellt, indem die vom Turbinenhersteller vorgege­ benen Drehzahlanstiegs- und Wartezeiten vom Bedienpersonal chronologisch überwacht werden. Dabei besteht allerdings die Gefahr, daß z. B. die vorgegebenen Wartezeiten verkürzt oder verlängert werden und damit die Turbine einer unnötigen Bela­ stung ausgesetzt bzw. der Anfahrvorgang unnötig verlängert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine geeignete Darstellung des Betriebszu­ standes der Turbine während des Anfahrvorgangs möglich ist. Dies soll bei einer geeigneten Vorrichtung mit einfachen Mit­ teln erreicht werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der zeitliche Verlauf der Turbinendreh­ zahl abgebildet wird neben einem Referenzverlauf, der aus turbinenspezifischen Kenngrößen und aus betriebsrelevanten Parametern ermittelt wird.

Der Referenzverlauf kann z. B. durch eine funktionelle Abhän­ gigkeit der zeitlichen Änderung der Turbinendrehzahl von den turbinenspezifischen Kenngrößen und den aus Meßwerten abge­ leiteten betriebsrelevanten Parametern ermittelt werden. Als Referenzverlauf wird jedoch zweckmäßigerweise eine aus den turbinenspezifischen Kenngrößen abgeleitete Anfahrkennlinie bestimmt, die anhand der betriebsrelevanten Parameter aus ei­ ner Anzahl von gespeicherten Anfahrkennlinien ermittelt wird.

Jede Anfahrkennlinie ist zweckmäßigerweise durch einen Wert für die Stillstandszeit der Turbine und durch einen Wert für die Turbinentemperatur gekennzeichnet. Daher werden vorteil­ hafterweise als betriebsrelevante Parameter die Turbinentem­ peratur und die Stillstandszeit der Turbine erfaßt. Dabei wird die Stillstandszeit aus der Turbinendrehzahl abgeleitet, indem die seit einem Stillstand oder seit einem annähernden Stillstand der Turbine vergangene Zeit erfaßt wird.

Als ein weiteres Kriterium zur Bestimmung einer Anfahrkenn­ linie als Referenzverlauf werden prozeß- oder anlagenbedingte Parameter manuell oder mittels einer Logik vorgegeben. Da­ durch wird eine Überschreitung kritischer Werte eines von der Turbine angetriebenen Aggregates, z. B. eines Luftverdichters, sicher vermieden.

Um jeden Anfahrvorgang der Turbine jederzeit nachvollziehen zu können, wird zweckmäßigerweise der abgebildete zeitliche Verlauf der Turbinendrehzahl gleichzeitig gespeichert. Dabei liegt der Speichervorgang zwischen einem Startsignal und ei­ nem Stopsignal, das bei Erreichen einer Leerlauf- oder Be­ triebsdrehzahl der Turbine abgegeben wird.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Anzeigeeinrichtung, die verbunden ist mit einem ersten Speicher zum Generieren eines aus turbinenspezi­ fischen Kenngrößen und aus betriebsrelevanten Parametern er­ mittelten zeitlichen Referenzverlaufs der Turbinendrehzahl sowie mit einem zweiten Speicher zum Generieren des aktuellen zeitlichen Verlaufs der Turbinendrehzahl.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Speicher vor­ gesehen für eine Anzahl von die turbinenspezifischen Kenn­ größen charakterisierenden Anfahrkennlinien, von denen eine jede eine Kennung für eine bestimmte Stillstandszeit und eine bestimmte Turbinentemperatur aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt schematisch eine Vor­ richtung zur Darstellung des Anfahrvorgangs einer Turbine.

Die Figur zeigt die Turbine 2 auf einer Welle 4, über die ein Aggregat 6, z. B. ein Generator oder ein Luftverdichter, ange­ trieben wird. Dazu wird der Turbine 2 über ein Ventil 8 ein Arbeitsmedium AM zugeführt, das in der Turbine ganz oder teilweise entspannt wird und dabei die Turbine 2 antreibt. Das Arbeitsmedium AM strömt über eine Abströmleitung 10 aus der Turbine 2 ab. Die Turbine 2 ist eine Dampf- oder Gastur­ bine.

Zur Erfassung von betriebsrelevanten Parametern der Turbine 2 sind ein erster Sensor 12 zur Messung der Turbinendrehzahl n und ein zweiter Sensor 14 zur Messung der Turbinentemperatur T vorgesehen. Von den Sensoren 12 und 14 geht jeweils eine Signalleitung 16 bzw. 18 aus, über die der Turbinendrehzahl n und der Turbinentemperatur T entsprechende Signale einer ge­ strichelt dargestellten Einrichtung 20 zur Meßwertaufberei­ tung und -verarbeitung zugeführt werden. Die Temperatur T wird zweckmäßigerweise am Turbinengehäuse gemessen.

Die Einrichtung 20 umfaßt einen an die Signalleitung 16 ange­ schlossenen Umformer 22 und einen an die Signalleitung 18 an­ geschlossenen Umformer 24. In dem Umformer 22 wird durch eine Grenzwertüberwachung der Turbinendrehzahl n ein für den Dreh­ zustand der Turbine 2 charakteristisches Signal k_s gebildet. Dieses gibt an, ob sich die Turbine 2 im Stillstand oder an­ nähernd im Stillstand befindet. Das Signal k_s wird an ein dem Umformer 22 nachgeschaltetes Zeitmodul 26 weitergeleitet. Bei Eintreffen des Signals k_s wird das Zeitmodul 26 gestartet. Dieses bildet aus dem Signal k_s einen Zeitfaktor k_z, der eine erste Recheneinheit 28 über denjenigen Zeitraum informiert, der seit dem Eintreffen des Stillstands-Signals k_s vergangen ist.

Da ein Turbinenstillstand bei einer geringen Drehzahl n von wenigen Umdrehungen pro Zeiteinheit meßtechnisch nur ungenau bestimmt werden kann, erfolgt zusätzlich eine Abfrage der Stellung eines Schnellschlußventils des Stellglieds 8 in Form eines Rückmeldungssignals s. Ist das Stellglied 8 geschlos­ sen, so erfolgt eine entsprechende Rückmeldung s an die Re­ cheneinheit 28. Wird gleichzeitig vom Umformer 22 eine Grenz­ wertunterschreitung der Turbinendrehzahl n erkannt und ein Signal k_s erzeugt, so wird mittels des Zeitfaktors k_z der Be­ ginn des Stillstands-Zeitraums, zu dem die Turbinendrehzahl n gleich Null ist, festgesetzt.

In dem Umformer 24 wird aus einer Messung der Temperatur T der Turbine 2, z. B. mittels einer Kennlinie, ein Temperatur­ faktor k_T gebildet, der den thermischen Zustand der Turbine 2 beschreibt. Der Temperaturfaktor k_T wird an die Recheneinheit 28 weitergeleitet. So liegt der dem möglichen Bereich der Turbinentemperatur T entsprechende Bereich des Tempera­ turfaktors k_T z. B. zwischen k_T = 0,1 und k_T = 1.

Um weitere prozeßabhängige Parameter oder Prozeßkriterien, z. B. kritische Werte oder relevante Grenzwerte des von der Turbine 2 angetriebenen Aggregates 6 zu berücksichtigen, wird der Recheneinheit 28 über ein Bedienelement 30 ein einstell­ barer Prozeßfaktor k_p zugeführt, der aus den Prozeßkriterien abgeleitet ist.

Die Recheneinheit 28 ermittelt aus den Faktoren k_T, k_z und k_p sowie aus in einem Speicher 32 abgelegten turbinenspezifi­ schen Kenngrößen einen Referenzverlauf RV für einen Anfahr­ vorgang der Turbine 2. Dazu enthält der Speicher 32 eine An­ zahl von Anfahrkennlinien A_n, von denen eine jede Anfahr­ kennlinie A_n mit einer Kennung für eine Stillstandszeit t_n und eine Turbinentemperatur T_n versehen ist. Einige typische Anfahrkennlinien A_n mit ihrem zeitabhängigen Soll- oder Refe­ renzdrehzahlverlauf sind in einem Diagramm 33 veranschau­ licht. Jeder Anfahrkennlinie A_n sind turbinenspezifische Kenngrößen, wie z. B. Drehzahlanstiegsgradienten m, Wartezei­ ten w und ein kritischer Drehzahlbereich b, der besonders schnell durchfahren werden muß, zugeordnet.

Sind die in der Recheneinheit 28 ermittelten Faktoren k_z und k_T keiner von zwei benachbarten Anfahrkennlinien A_n-1 und A_n direkt zuzuordnen, so wird zweckmäßigerweise die Anfahrkenn­ linie A_n mit den längeren Wartezeiten w und/oder flacheren Drehzahlanstiegsgradienten m als Referenzverlauf RV bestimmt. Ebenso wird mittels des Prozeßfaktors k_p der Fall berücksich­ tigt, daß das von der Turbine 2 angetriebene Aggregat 6 ge­ genüber der Turbine 2 längere Wartezeiten w oder flachere Drehzahlanstiegsgradienten m erfordert. Auch in diesem Fall wird eine im Vergleich zu einer allein die Turbine 2 berück­ sichtigenden Anfahrkennlinie A_n-1 die nächst flachere Anfahr­ kennlinie A_n bestimmt. Dadurch werden unnötige Belastungen der Turbine 2 und/oder des Aggregats 6 vermieden.

Der mittels der Faktoren k_T, k_z und k_p bestimmte Referenzver­ lauf RV wird über eine Signalleitung 34 an eine Anzeigeein­ richtung 36 weitergeleitet und dort in einem Koordinatenfeld 38 dargestellt. Dabei bildet die Abszisse die mit t bezeich­ nete Zeitachse und die Ordinate die mit n bezeichnete Dreh­ zahlachse.

Wird die Turbine 2 aus dem Stillstand angefahren, so wird mittels des Signals k_s und der Drehzahl n in einem Umformer 39 ein Startsignal k_a erzeugt. Dieses wird an eine zweite Re­ cheneinheit 40 weitergeleitet. Anstelle der Abfrage des Si­ gnals k_s kann auch ein Signal aus einem (nicht dargestellten) Turbinenregler zur Bildung des Startsignals k_a herangezogen werden. Mittels des Startsignals k_a wird in der Recheneinheit 40 der Startzeitpunkt t = 0 des zeitlichen Verlaufs der Tur­ binendrehzahl n während des Anfahrvorgangs der Turbine 2 be­ stimmt. Ab diesem Startzeitpunkt t = 0 wird der zeitliche Verlauf der Turbinendrehzahl n in der Recheneinheit 40 wäh­ rend des Anfahrvorgangs der Turbine 2 abgespeichert. Gleich­ zeitig wird der momentane Istwert der Drehzahl n von der Re­ cheneinheit 40 über eine Signalleitung 42 an die Anzeigeein­ richtung 36 weitergeleitet. Dort wird der aktuelle zeitliche Verlauf AV bis zum momentanen Istwert I dargestellt. Um dem Bedienpersonal einen schnellen Überblick zu ermöglichen, wer­ den der momentane Istwert I und der zum gleichen Zeitpunkt t anstehende Sollwert S des Referenzverlaufs RV in einem Bal­ kendiagramm 44 dargestellt. Wird durch eine Grenzwertabfrage der Drehzahl n in dem Umformer 38 das Erreichen einer Leer­ lauf- oder Betriebsdrehzahl der Turbine 2 bemerkt, so wird von dem Umformer 38 ein Stopsignal k_b an die Recheneinheit 40 weitergeleitet; der Speichervorgang wird dann beendet.

Über die Anzeigeeinrichtung 36 ist der Speicherinhalt der Re­ cheneinheiten 28 und 40 in Kurvenform RV, AV abrufbar. Somit kann jederzeit ein beliebiger Anfahrvorgang der Turbine 2 durch Darstellen des Referenzverlaufs RV und des aktuellen zeitlichen Verlaufs AV abgerufen werden, so daß sowohl wäh­ rend eines aktuellen Anfahrvorgangs als auch bei einer späte­ ren Kontrolle ein direkter Vergleich zwischen dem tatsächli­ chen Drehzahlverlauf AV und dem Referenzverlauf RV während des Anfahrvorgangs der Turbine 2 möglich ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Darstellung des Betriebszustandes einer Tur­ bine (2) während eines Anfahrvorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf (AV) der Turbinendrehzahl (n) abgebildet wird neben einem Referenz­ verlauf (RV), der aus turbinenspezifischen Kenngrößen (m, w, b) und aus betriebsrelevanten Parametern (k_z, k_T, k_p) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Refe­ renzverlauf (RV) eine aus den turbinenspezifischen Größen (m, w, b) abgeleitete Anfahrkennlinie (A_n) bestimmt wird, die mit­ tels der betriebsrelevanten Parameter (k_z, k_T, k_p) aus einer Anzahl von gespeicherten Anfahrkennlinien (A_n) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als be­ triebsrelevante Parameter (k_z, k_T) die Turbinentemperatur (T) und die Stillstandszeit (k_z) der Turbine (2) ermittelt werden, wobei die Stillstandszeit (k_z) aus der Turbinendrehzahl (n) ab­ geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abge­ bildete zeitliche Verlauf (AV) der Turbinendrehzahl (n) gleich­ zeitig abgespeichert wird, wobei der Speichervorgang mit einem Startsignal (k_a) begonnen und mit einem bei Erreichen einer Be­ triebsdrehzahl der Turbine (2) abgegebenen Stopsignal (k_b) be­ endet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (36), die verbunden ist mit einer er­ sten Recheneinheit (28) zum Generieren eines aus turbinenspezi­ fischen Kenngrößen (m, w, b) und aus betriebsrelevanten Parame­ tern (k_z, k_T, k_p) ermittelten zeitlichen Referenzverlaufs (RV) der Turbinendrehzahl (n) sowie mit einer zweiten Recheneinheit (40) zum Generieren des aktuellen zeitlichen Verlaufs (AV) der Turbinendrehzahl (n).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Speicher (32) für eine Anzahl von die turbinenspezifischen Kenngrößen (n, w, b) charakterisierenden Anfahrkennlinien (A_n), von denen eine jede eine Kennung (t_n, T_n) für eine bestimmte Stillstandszeit (t_n) und eine bestimmte Turbinentemperatur (T_n) aufweist.