EP0128284B1

EP0128284B1 - Dreikanalige Ansteuerungs- und Überwachungseinrichtung für Stellventile von Turbomaschinen

Info

Publication number: EP0128284B1
Application number: EP84103663A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Hagendorn; Bernd Moormann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1986-07-30
Also published as: DE3460382D1; EP0128284A1; DE3340925A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerungs- und Überwachungseinrichtung für Stellventile von Turbomaschinen, insbesondere für Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Zu solchen Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit zählen z. B. Kompressor-Antriebsturbinen. Diese sind in aller Regel mindestens 2 Jahre und möglichst bis zu 3 Jahren, ununterbrochen in Betrieb, so daß an die Regeleinrichtung für die Stellventile erhöhte Anforderungen in bezug auf sichere ungestörte Arbeitsweise und Redundanz im Falle des Ausfalls von Komponenten der Regeleinrichtung gestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerungs- und Überwachungseinrichtung der eingangs näher definierten Art zu schaffen, welche diesen erhöhten Anforderungen gerecht wird, d. h., welche

einen ungestörten Dauerbetrieb der Turbine von der Seite der Regeleinrichtung her ermöglicht,
ein eigen-sicheres (Fail-safe) Verhalten mit Selbstheileffekt durch automatische, stoßfreie Umschaltung auf intakte Komponenten gewährleistet und

selbst im Falle der Störung in bestimmten Zweigen oder Kanälen der Regeleinrichtung in der Weise redundant ausgebildet ist, daß der Weiterbetrieb der Regeleinrichtung und der Turbine auch dann ermöglicht ist, wenn bestimmte Komponenten der Regeleinrichtung ausgewechselt und/oder repariert werden müssen.
Erfindungsgemäß wird die gestellte komplexe Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale in der Hauptsache gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Abwandlung der Regeleinrichtung nach dem Hauptanspruch, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen ist und der entsprechenden Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine 1- von -2- Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem in der hohen Verfügbarkeit der Einrichtung zu sehen. Diese ist bedingt durch die dreikanalige Ausführung, die automatische Umschaltung von einem defekten Betriebskanal auf einen der beiden Reservekanäle und - bei zwei defekten Kanälen - durch die Umschaltung von Hand auf den letzten Reservekanal, wobei ein Ersatz defekter Komponenten während des Betriebs der Anlage erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Fehlerdiagnose, d. h. in der Selbstüberwachung der Kanäle, der Meldung des fehlerhaften Kanals und der Möglichkeit der Anzeige der defekten Komponenten bei einem Erstfehler sowie den Prüfroutinen und Diagnosehilfen bei einem Zweitfehler durch den Bedienungsmann. Des weiteren ist als vorteilhaft hervorzuheben die gleichbleibende Regelgüte, bedingt durch die Gleichwertigkeit der drei Kanäle, ihre synchrone Arbeitsweise und damit eine nahezu stoßfreie Umschaltung von einem Kanal auf einen anderen.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, diese noch näher erläutert. Darin zeigt in schematischer Diagrammdarstellung :

Fig. 1 einen Übersichts-Schaltplan der Einrichtung nach der Erfindung mit dreikanaliger Stellungsregelung für eine elektro-hydraulische Turbinenregelung (EHTR) ;
Fig. 2 das Detail des dreikanaligen hydraulischen Leitungssystems aus Fig. 1 mit zugehörigen Komponenten, d. h. ohne die elektrischen Signalleitungen und Meßwertgeber ;
Fig. 3 die Schaltlogik zur 2- von 3- Auswahl bei der dreikanaligen Stellungsregelung nach den Fig. 1 und 2, wobei die in Kreisen gesetzten A, B, C die Art der Fehlerüberwachung symbolisieren und die arabischen Ziffern 1 bis 3 hinter den Großbuchstaben A, B, C die Kanäle und die in Kreise gesetzten arabischen Ziffern laufende Nummern für Meßwertleitungen bezeichnen ;
Fig.4 sinngemäß zu Fig. 3 eine Schaltlogik für die 3 Kanäle, vorgesehen für die Nullpunkt-Überwachung des Steuerstromes, welcher dem elektrischen Eingang der elektro-hydraulischen Umformer zugeführt wird. Die in Kreisen befindlichen arabischen Ziffern stellen wieder Meßwerte bzw. Meßleitungsanschlüsse dar;
Fig. 5 eine Schaltlogik zur Fehlerdiagnose in allen drei Kanälen und der abgeleiteten Meldung bestimmter Fehlertypen und
Fig. 6 eine weitere Schaltlogik für alle drei Kanäle, welche zur Kanal-Umschaltung auf einen gesunden Kanal im Falle der Störung des aktiven Kanals dient.

Die in Fig. 1 dargestellte Ansteuerungs- und Überwachungseinrichtung dient zur Verstellung des nicht dargestellten Stellventils einer Turbomaschine. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Industrieturbine hoher Verfügbarkeit, wie eine Kompressor-Antriebsturbine. Zur Verstellung des Stellventils dient mindestens ein Kraftkolben-Zylinder-System bzw.. hydraulischer Servomotor SM, in folgendem abgekürzt als Servomotor bezeichnet. Bei dem Turbinen-Stellventil kann es sich um eine Mehrfachventilanordnung mit einer Mehrzahl von in einer Traverse gelagerten Ventilkegeln handeln, wobei die in Ventilhubrichtung geführte Traverse über eine Schwinge o. dgl. vom Servomotor SM betätigt werden kann. Anstelle dieser Ventilgruppensteuerung mit zueinander gestaffelt öffnenden bzw. schließenden Gruppenventilen wäre auch eine Einzelventilsteuerung möglich.
Der Servomotor SM hat einen im Zylinder a1 längsverschieblich gelagerten Kraftkolben a2 mit Kolbenstange a 21. Der Kolben a2 ist zweiseitig beaufschlagbar ; es kann sich jedoch auch um einen einseitig beaufschlagbaren Kraftkolben handeln, welchem dementsprechend eine in Ausschaltrichtung wirkende Kraftspeicherfeder zuzuordnen wäre.
Die beiden Kolbenseiten a22, a23 des Kraftkolbens a2, d. h. je nach Schaltstellung der zugeordneten elektrohydraulischen Umformer SV1 bis SV3 die Druckseite und die Ablaufseite bzw. umgekehrt, sind dreikanalig, siehe Kanäle K1 bis K3, an die hydraulischen Ausgangsleitungen L1 bis L3 je eines elektro- hydraulischen Umformers SV1 bis SV3 angeschlossen. L1 bis L3 bezeichnen jeweils Leitungspaare. deren Einzelleitungen mit 111, 112 ; 121, 122 usw. bezeichnet sind. Die Umformer SV1 bis SV3 sind also mit ihren Ausgangsleitungen L1 bis L3 zueinander parallel geschaltet und in dieser Parallelschaltung mit ihren Einzelleitungen jeweils an je eine der beiden Kolbenseiten a22, a23 angeschlossen.
Von den drei Umformern SV1 bis SV3 ist im Normalbetrieb der (nicht dargestellten) Turbine nur einer, und zwar der des führenden, elektrisch und hydraulisch aktiven Kanals, mit den den beiden Kolbenseiten zugeordneten Zylinderräumen über seine Ausgangsleitungen verbunden. Z. B. sei angenommen, daß K1 der gerade aktive Kanal ist. In die Ausgangsleitungen L1 bis L3 aller Umformer SV1 bis SV3 sind Absperrventile AV1 bis AV3 einer hydraulischen Verblockeinrichtung VE eingeschaltet. Mittels dieser Absperrventile, deren in die Einzelleitungen 111, 112 usw. eingeschalteten Einzel-Absperrventile mit av11, av12 usw. bezeichnet sind, ist die Verbindung zu den Kolbenseiten a22, a23 bei denjenigen hydraulischen Ausgangsleitungen L1 bis L3 der Umformer SV1 bis SV3 absperrbar, welche einem gerade nicht führenden, jedoch elektrisch synchron mit dem gerade aktiven Kanal mitgefahrenen Kanal angehören. Bei einem, wie bereits angedeutet, aktiv angenommen Kanal K1 wären also die Umformer SV2, SV3 durch die Absperr-Ventilpaare AV2, AV3 und damit auch die Leitungspaare L2, L3 hydraulisch von den genannten Kolbenseiten isoliert.
Der Istwert der Stellung des Kraftkolbens a2 wird durch drei mechanisch-elektrische Umformer W und im einzelnen W1 bis W3 abgefragt, welche als erste Weggeber dienen und deren Ausgangssignale entsprechend mehrkanalig (siehe Kanal K10, K20, K30) den ersten Eingängen e11, e21, e31 von drei elektrischen Regelkreisgliedern RG1 bis RG3 in Form von Komparatoren und/oder Regelverstärken zuführbar sind. An die zweiten Eingänge e12, e22, e32 der Regelkreisglieder RG ist die der gewünschten Ventilstellung entsprechende elektrische Größe des Sollwertes XsolI des Turbinenregelkreises herangeführt. Die durch die Soll-Istwert-Differenzbildung in den Regelkreisgliedern RG gewonnenen Stellgrößen werden an die elektrischen Eingänge sv1 bis sv3 der elektro-hydraulischen Umformer SV entsprechend mehrkanalig weitergeleitet, siehe Steuerstromleitungen st1 bis st3. Dabei wird ein von den ersten Weggebern W abgegebenes Fehlersignal B zur Anzeige der gestörten Wegmessung im betreffenden Kanal herangezogen.
Die durch zweipoligen Abgriff zur Realisierung einer 2- von -3-Auswahlschaltung gewonnenen Meßspannungssignale bzw. die zugehörigen Meßleitungen sind mit 5, 6 und* 7 bezeichnet, die Meßgebermit 5.1, 6.1 und 7.1.
Die elektro-hydraulischen Umformer SV sind bevorzugt als elektro-hydraulische Druchfluß-Servo- Ventile ausgebildet, welche ein analoges Übertragungsglied mit proportionalem Verhalten darstellen. Solche Servoventile weisen im allgemeinen einen elektrischen Stellmotor (Torque-Motor) auf, welcher von den elektrischen Eingangssignalen über die Eingänge sv1 usw. beaufschlagt wird, sie weisen ferner ein nicht näher dargestelltes Prallplattensytem und den eigentlichen Steuerschieber auf, welcher zwei extreme Schaltstellungen und eine Zwischenstellung einnehmen kann, vgl. die Standard-Symboldarstellung in Fig. 1 und 2. Ein solches Servoventil stellt ein hochwertiges, stetig wirkendes Wegeventil mit besonders guten stationären und dynamischen Eigenschaften und hoher Leistungsverstärkung (über 10⁶) dar. Dem elektrischen Eingangsstrom wird in einigen Millisekunden ein proportionaler Ölstrom als Ausgangsgröße zugeordnet. Dies geschieht in der Regel über 2 hydraulisch hintereinander wirkende Verstärkungseinrichtungen, ein Prallplattensystem und einer Schiebersteuerung.
Die Pos. des Steuerschiebers sv10, sv20, sv30 wird durch je einen weiteren mechanisch-elektrischen Umformer W10, W20, W30 abgefragt, der als zweiter Weggeber des Regelkreises dient. Die Abfragung dient der Kontrolle, ob der betreffende Steuerschieber sv10 usw. die der elektrischen Stellgröße (Steuerstrom i1, i2, i3) seines Servoventils analoge Position einnimmt, wobei ein Fehlersignal C dieser zweiten Weggeber W10 usw. zur Anzeige eines gestörten Servoventils bzw. Umformers SV herangezogen ist. Die zugehörigen Meßleitungen bzw. Meßwerte sind mit 8, 9, 10, die Meßwertgeber mit 8.1, 9.1, 10.1, bezeichnet, letztere sind wiederum durch zweipoligen Abgriff von zwei Ausgangsleitungen der zweiten Weggeber an diese im Sinne der Realisierung einer 2- von -3-Signalauswertung angeschlossen.
Es ist bereits mit den ersten und zweiten Weggebern W1 bis W3 und W10 bis W30 eine Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Überwachung ihrer Istwert-Signale derart zu realisieren, daß alle drei Kanäle K1 bis K3 auf Fehlfunktion überwacht werden können, wobei im Falle unzulässiger Abweichungen der Istwert-Signale 5 bis 7 bzw. 8 bis 10 ein Meldesignal, allgemein B bzw. C und speziell für alle Kanäle B1 bis B3 und C1 bis C3 erzeugbar ist. Im Falle der festgestellten Abweichung in einem aktiven bzw. führenden Kanal ist nun eine selbsttätige Umschaltung auf einen gesunden Kanal unter Aktivierung desselben herbeiführbar. Siehe hierzu die Schaltlogik nach Fig.3, die Teildarstellung rechts oben (Meldesignal B) und links unten (Meldesignal C). Die Erläuterungen dieser Meldesignale sind aus Fig. 3 zu entnehmen. Ist z. B. das Servoventil im Kanal K1 gestört, dann führen die Meßleitungen 8 und 9 Fehlersignal, Meßleitung 10 führt kein Fehlersignal, folglich gelangt durch das obere Und-Gatter eine Meldung C1 « Servoventil SV1 gestört zur Durchschaltung. Jedes der Und-Gatter hat 2 Normaleingänge und einen Negations-Eingang zur Signalumkehr. Dies ist auch bei den beiden oberen Logik-Teilschaltungen der Fig. der Fall.
Wie es Fig. 1 zeigt, kann jedoch auch in die Antivalenz-Überwachung der Kanäle K1 bis K3 der Steuerstrom i1 bis i3 und/oder die zugehörige Steuerspannung u12, u13, u23 am Ausgang der Regelkreisglieder RG einbezogen sein. Hierzu sind den den Steuerstrom führenden Signalausgangsleitungen stla, st2a, st3a Strom- und/oder Spannungsmeßgeräte 2.1, 3.1, 4.1 zugeordnet, wobei durch ein Fehlersignal A eine Störung des Regelkreisgliedes RG oder des Torque-Motors der Umformer SV im betreffenden Kanal K1 bis K3 anzeigbar ist. Die Meßwertleitungen bzw. zugehörigen Fehlermeßwerte sind mit 2, 3, 4 bezeichnet, sie tauchen in Fig.3 als Eingangsgrößen der Und-Gatter auf, deren Fehlermeldungen für die einzelnen Kanäle mit A1 bis A3 bezeichnet sind.
In die Antivalenz-Überwachung der Kanäle kann weiterhin eine Nullpunkt-Überwachung des Steuerstromes i1 bis i3 einbezogen sein, wobei mittels Strommeßgeräten 11.1, 13.1, 15.1 entsprechende Fehlersignale 11 bis 16 erzeugbar sind, wobei die Meßwertpaare 11-12, 13-14, 15-16 die Überschreitung eines oberen Grenzwertes bzw. die Unterschreitung eines unteren Grenzwertes jeweils symbolisieren. Wie weiter unten erläutert, ist der obere Grenzwert des Steuerstromes mit iy und der untere Grenzwert mit i_x bezeichnet. Aus der Darstellung der Fig. 4 ist die Funktion ohne weiteres zu entnehmen ; es erfolgt Fehlermeldung hinsichtlich eines Nullpunktfehlers (MF) wenn der Nullpunkt über- oder unterschritten wird, und zwar für eine Mindestzeitspanne von z. B. 20 Sekunden, und es erfolgt zugleich die Anzeige F.
Besonders vorteilhaft ist nun eine solche Auslegung und Verknüpfung der Antivalenz-Überwachungsschaltung nach Fig. 1 und 2, daß im Falle der Fehlermeldung für einen zweiten zusätzlich zu einem ersten Kanal (Zweitfehler) alle Absperrventile AV im Sinne einer temporären vollständigen hydraulischen Blockade selbsttätig in die Schließstellung gebracht werden. Dann ist jedoch noch ein Weiterbetrieb möglich, weil eine manuelle Umschaltung auf den letzten Reservekanal zugelassen und in diesem Schaltzustand Erst- und/oder Zweitfehler mittels Testroutine des Operators festgestellt werden können. Nach Beseitigung der Fehler kann dann die Blockade, das sogenannte hydraulische freeze in, manuell aufgehoben werden.
Aus Fig. 2 erkennt man deutlich, daß die Absperrventile AV sogenannte Cartridge-Ventile sind, und zwar 2/2-Wege-Ventile. Sie werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Magnetventile M1 bis M3 hydraulisch angesteuert, wobei diese Magnetventile als binär arbeitende, hydraulische 2/3-Wege-Sitzventile ausgeführt sind, welche abhängig von einem elektrischen Steuersignal an ihre Schaltmagneten m1. m2, m3 (die elektrischen Steuerleitungen sind in Fig. nicht dargestellt) eine eingangsseitige hydraulische Druckleitung m10 bis m30 entweder mit einem Ablauf m11 bis m31 verbinden oder auf die ausgangsseitige hydraulische Steuerleitung m12 bis m32 schalten. Letztere sind gestrichelt dargestellt und gabeln sich zur Beaufschlagung der Absperrventilpaare AV1 bis AV3 jeweils auf.
Fig. 2 zeigt auch, daß das Schieber-System der Umformer bzw. Servoventile SV auf der Seite der Druckölquelle P und auf der Seite des Kraftkolbens a2 jeweils an zwei Druckölleitungen angeschlossen sind, welche auch der Seite der Druckölquelle eindeutig als Drucköl-Zulaufleitung svll bis sv31 und als Ablaufleitung sv12 bis sv32 definiert sind. Auf der Kraftkolbenseite der Umformer SV sind die Einzelleitungen 1 der Leitungspaare L1 bis L3 je nach Schaltzustand des Schieber-Systems entweder Drucköl-Zulaufleitungen oder Ablaufleitungen. Auf der Seite der Druckölquelle P ist nun in die Drucköl- Zulaufleitung sv11 bis sv31 je ein handbetätigbares lsolier-Absperrventil IAV1 bis IAV3 eingeschaltet, und in die zugehörige Ablaufleitung sv12 bis sv32 ist jeweils ein federbelastetes (vorgespanntes) Isolier-Rückschlagventil IRV1 bis IRV3 eingeschaltet, derart, daß bei geschlossenen Absperrventilen AV der Verblockeinrichtung und durch Handbetätigung des Isolier-Absperrventils IAV der betreffende Umformer SV vom Druckölkreislauf bei laufender Turbine isolierbar und zwecks Auswechselung und Reparatur ausbaubar ist.
Eine wesentliche Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang auch den handbetätigten, der Druckölentlastung des betreffenden isolierten Servoventils SV dienenden Rückschlagventile RV1 b. RV3 zu. Für den Kanal K1 sind diese noch im einzelnen mit RV11 bis RV13 bezeichnet. Sie sind, wie ersichtlich, unmittelbar benachbart zum betreffenden Servoventil SV, an dessen Drucköl-Leitungen sv11 bis sv 31, und zwar hinter den Isolier-Absperrventilen IAV angeschlossen, d. h. auf der der Druckölquelle abgewandten Seite der Isolier-Absperrventile. Außerdem sind diese Rückschlagventile auf der Kraftkolbenseite der Servoventile an die entsprechenden Einzel-Druckölleitungen 1 jeweils angeschlossen. Ein Anschließen an die Ablaufleitungen sv12 bis sv32 ist nich erforderlich, weil die Druckölentlastungsfunktion hier durch die Ventile IRV wahrgenommen wird. Vor einem Ausbau bzw. Auswechseln von defekten Servoventilen können diese also nicht nur hydraulisch isoliert werden - unter Weiterbetrieb des übrigen Regelkreises -, sie können auch hydraulisch druckentlastet werden, so daß ohne Leckölverlust und Ausspritzen von Öl ein Ausbauen erfolgen kann.
Die Weggeber W1 bis W3 bzw. W10 bis W30 können als Differential-Transformatoren arbeiten, es ist auch eine Arbeitsweise nach dem Wirbelstromprinzip möglich, ebenso wie Ultraschall-Weggeber geeignet sind.

Fig. 5 zeigt noch eine Schaltlogik und wie die Diagnose in den einzelnen Kanälen und eine Meldung der verschiedenen Fehlerarten A, B und C erfolgt, worauf noch näher eingegangen wird.
Fig. zeigt eine Schaltlogik zur Kanal-Umschaltung, wobei der betreffende Kanal (einer der Kanäle K1 bis K3) erstens aktiv sein muß und zweitens darin ein Fehler auftreten muß, dann erfolgt ein Fehlersignal und als weitere Folge eine Kanalumschaltung. Fehlermeldung erfolgt, wenn eine der Fehlerarten A bis C auftritt, Fehlermeldung erfolgt auch im Falle einer unzulässigen Nullpunkt-Abweichung (Fehlertyp F). Weitere Erläuterungen folgen weiter unten.

Die in Fig. 1 mit arabischen Ziffern 2 bis 16 bezeichneten Kreissymbole stellen elektrische Fehlersignale der elektro-hydraulischen Schaltung an bestimmten Schaltungs- oder Anschlußpunkten dar; Anschlußpunkt 1 symbolisiert dagegen den Anschluß an den nicht dargestellten Turbinendrehzahlregler bzw. Turbinenregelkreis mit seinem Stellungssollwert X_soll als Ausgangsgröße.
Im einzelnen erfolgt eine Fehlermeldung

über 2, wenn i₁ ≠ 1₂,

über 3, wenn i₁ ≠ i₃, und

über 4, wenn i₂ ≠ i₃.

Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von-Drei-Prinzip gemäß Fig. 3, links oben, erlaubt dann eine Identifizierung des den fehlerhaften Steuerstrom i₁ oder i₂ oder i₃ führenden Kanals K₁, K2 oder K3 über die zugehörigen, entsprechend bezifferten Ausgangssignale A1, A2 oder A3, welche besagen : « Regelverstärker oder Torquemotor (im betreffenden Kanal) gestört •.
Die Fehlersignale 5, 6 und 7 entstehen im Falle von Antivalenzen beim Spannungsvergleich der von den Weggebern W, W1, W2, W3 abgegebenen Spannungen. Bezeichnet man mit u₁ die vom Weggeber W1 abgegebene Meßspannung und mit u₂, u₃ entsprechend diejenigender anderen beiden Weggeber W2, W3, so erfolgt eine Fehlermeldung

über 5, wenn u₁ ≠ u₂,

über 6, wenn u₁ ≠ u₃, und

über 7, wenn u₂ ≠ u₃.

Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von -Drei-Prinzip gemäß Fig. 3, rechts oben, erlaubt dann eine Identifizierung des die fehlerhafte Wegmessung aufweisenden Kanals K10, K20, K30 bzw. K1, K2, K3 über die zugehörigen entsprechend bezifferten Ausgangssignale Bi, B2, B3, welche besagen : « Wegmessung (im betreffenden Kanal) gestört ».
Bezeichnet man mit s₁ die vom Weggeber W10 des elektrohydraulischen Umformers SV1 abgegebene Meßspannung und mit s₂, s₃ entsprechend diejenige der Weggeber W20, W30 der anderen beiden Umformer SV2, SV3, so erfolgt eine Fehlermeldung

über 8, wenn s₁ ≠ s₂,

über 9, wenn s₁ ≠ s₃, und

über 10, wenn s₂ ≠ s₃.

Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von - Drei-Prinzip gemäß Fig. 3, linker unterer Teil, erlaubt dann eine Identifizierung des fehlerhaften Kanals K1, K2 oder K3 über die zugehörigen, entsprechend bezifferten Ausgangssignale C1, C2, C3, welche besagen : « Servoventil (im betreffenden Kanal) gestört ».
Bezeichnet man ferner den oberen Grenzwert des Steuerstroms mit iy und seinen unteren Grenzwert mit i_x, dann erfolgt eine Fehlermeldung durch die Strommeßgeräte 11.1, 13.1, 15.1 über entsprechende Fehlersignale

11 bzw. 12, wenn i₁ > iy bzw. i₁< i_x,

13 bzw. 14, wenn i₂> iy bzw. i₂< i_x, und

15 bzw. 16, wenn i₃> iy bzw. i₃< i_x.

F1 bis F3 und MF1 bis MF3 bedeuten in Fig. 4 die entsprechende Nullpunktfehleranzeige bzw. Meldung der Nullpunktfehler für die zugehörigen Kanäle K1 bis K3.
In Fig. 5 bedeuten :

die Meldesignale MA1 bis MA3, daß einer der Verstärker und/oder Torquemotoren der Umformer SV1 bis SV3 in einem der entsprechenden, gleich bezifferten Kanäle K1 bis K3 defekt ist ;
die Meldesignale MB1 bis MB3, daß einer der entsprechenden, gleich bezifferten Weggeber W1 bis W3 in den Kanälen K10 bis K30 defekt ist, und
die Meldesignale MC1 bis MC3, daß eines der Servoventile SV1 bis SV3 in einem der entsprechenden, gleich bezifferten Kanäle K1 bis K3 defekt ist.

Wie man erkennt, gehört zur Fehlermeldung des Typs MA ein Fehlersignalduo A-C, zur Fehlermeldung des Typs MB ein Fehlersignaltrio A-B-C und zur Fehlermeldung des Typs MC ein Fehlersignalsolo C. Auf Grund dieser Schaltlogik ist eine zuverlässige Fehlerdiagnose ermöglicht.
Zu Fig. 6 ist noch nachzutragen, daß die in Rechteckkästchen gesetzten Bezeichnungen ME1, ME2 bzw. ME3 besagen, daß eine Meldung « Kanal-Umschaltung erfolgt, und die in Kreise gesetzten Zeichen 5 E2, E3, E1 bedeuten Befehle zur Umschaltung auf den Kanal K2 (von Kanal K1), K3 (von Kanal K2) und K1 (von Kanal K3).
D1, D2, D3 bedeuten die Meldesignale des gerade aktiven Kanals K1, K2 oder K3. Der obere Teil der Fig. 6 verdeutlicht z. B., daß dann, wenn Kanal K1 gerade aktiv ist, außer seinem Aktivitätsanzeigesignal D1. ein weiteres Fehlersignal des Typs A1, B1 oder C1 und/oder F1 auftreten muß, damit eines der beiden Und-Gatter die Fehlermeldung an das nachgeschaltete Oder-Gatter weitergibt, so daß dann die Kanalumschaltung gemäß Signal E2 und die Meldung darüber erfolgen. Entsprechendes gilt für den mittleren und den unteren Teil der dargestellten Schaltlogik.
Die Erfindung hat sich als so vorteilhaft erwiesen, daß ihr allgemeiner Gedanke der Mehrkanaligkeit gekoppelt mit einer besonderen Antivalenz-Überwachungsschaltung grundsätzlich auch verwirklicht werden kann, wenn anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen wird. Hierbei müßte bei der entsprechenden Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine 1- von -2-Auswahlschaltung zugrunde gelegt sein. Sinngemäß kann die Erfindung auch realisiert werden, wenn mehr als 3 Kanäle auf einen Servomotor arbeiten, wobei hier genauso wie bei der dreikanaligen Schaltung eine Majorisierung und damit relativ leichte Fehlererkennungskriterien gegeben sind. Bei einer zweikanaligen Überwachung ist eine Majorisierung nach den Regeln der Wahrscheinlichkeit nicht möglich ; hier müssen noch zusätzliche Überwachungskriterien herangezogen werden, die eindeutig feststellen lassen, ob der eine oder der andere Kanal fehlerbehaftet bzw. gesund sind.

Claims

1. Ansteuerungs- und Überwachungseinrichtung für Stellventile von Turbomaschinen, insbesondere für Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit, wie Kompressor-Antriebsturbinen, mit mindestens einem Kraftkolben-Zylinder-System (Servomotor SM) zur Verstellung des Stellventils und mindestens einem elektro-hydraulischen Umformer (SV) zur Erzeugung einer hydraulischen Stellgröße für das Kraftkolben-Zylinder-System in Abhängigkeit von einer dem elektrischen Eingang des elektro-hydraulischen Umformers (SV) zugeführten elektrischen Stellgröße (i) des Turbinen-Regelkreises, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale :

die Druckseite und die Ablaufseite des Kraftkolben-Zylinder-Systems (SM) sind mindestens dreikanalig (K1, K2, K3) an die hydraulischen Ausgangsleitungen (L1, L2, L3) je eines elektro-hydraulischen Umformers (SV ; SV1, SV2, SV3) angeschlossen ;

von den mindestens drei elektro-hydraulischen Umformern (SV1, SV2, SV3) ist im Normalbetrieb nur einer, und zwar der des führenden, elektrisch und hydraulisch aktiven Kanals, mit dem Kraftkolben-Zylinder-System (SM) über seine Ausgangsleitungen verbunden, und in die Ausgangsleitungen (L1, L2, L3) aller elektro-hydraulischen Umformer (SV1, SV2, SV3) sind Absperrventile (AV1, AV2, AV3) einer Verblockeinrichtung (VE) eingeschaltet, mittels welcher die Verbindung zum Kraftkolben-Zylinder-System (SM) bei denjenigen hydraulischen Ausgangsleitungen der elektro-hydraulischen Umformer absperrbar ist, welche einem gerade nicht führenden, jedoch elektrisch synchron mit dem gerade aktiven Kanal (K1, K2 oder K3) mitgefahrenen Kanal angehören ;

der Istwert der Kraftkolben-Stellung wird durch mindestens drei mechanisch-elektrische Umformer (W1, W2, W3) als erste Weggeber (W) abgefragt, deren Ausgangssignale entsprechend mehrkanalig (K10, K20, K30) jeweils den ersten Eingängen (e11, e12, e13) von mindestens drei elektrischen Regelkreisgliedern (RG : RG1, RG2, RG3) in Form von Komparatoren und/oder Regelverstärkern zuführbar sind, wobei an die zweiten Eingänge (e12, e22, e32) der Regelkreisglieder die der gewünschten Ventilstellung entsprechende elektrische Größe des Sollwertes X_SolI des Turbinenregelkreises herangeführt ist und die durch die Soll-Istwert-Differenzbildung gewonnenen Stellgrößen an die elektrischen Eingänge (SV1, SV2, SV3) der elektro-hydraulischen Umformer (SV ; SV1, SV2, SV3) entsprechend mehrkanalig weitergeleitet werden und wobei ein von den ersten Weggebern (W) abgegebenes Fehlersignal B zur Anzeige der gestörten Wegmessung im betreffenden Kanal herangezogen ist ;

die Steuerschieber-Position der elektro-hydraulischen Umformer (SV ; SV1, SV2, SV3) wird durch je einen weiteren mechanisch-elektrischen Umformer (W10, W20, W30) als zweiten Weggeber des Regelkreises abgefragt, zur Kontrolle, ob der betreffende Steuerschieber die der elektrischen Stellgröße seines elektro-hydraulischen Umformers analoge Position einnimmt, wobei ein Fehlersignal C der zweiten Weggeber zur Anzeige eines gestörten elektrohydraulischen Umformers (SV) im betreffenden Kanal (K1, K2 oder K3) herangezogen ist ;

mittels einer Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Überwachung der Istwert-Signale (B, C) der ersten und zweiten Weggeber (W ; W10, W20, W30) werden alle mindestens drei Kanäle (K1 bis K3) auf Fehlfunktion überwacht, wobei im Falle unzulässiger Abweichungen der Istwert-Signale eines Kanals ein Meldesignal (B bzw. C) erzeugbar und im Falle der festgestellten Abweichung in einem aktiven bzw. führenden Kanal eine selbsttätige Umschaltung auf einen gesunden Kanal unter Aktivierung desselben herbeiführbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Auslegung und Verknüpfung der Antivalenz-Überwachungsschaltung, daß im Falle der Fehlermeldung für einen zweiten zusätzlich zu einem ersten Kanal (Zweitfehler) alle Absperrventile (AV ; AV1 bis AV3) im Sinne- einer temporären vollständigen hydraulischen Blockade selbsttätig in die Schließstellung bringbar sind, derart, daß bei Zulässigkeit einer manuellen Umschaltung auf den letzten Reservekanal Erst- und/oder Zweitfehler mittels Testroutine des Operators feststellbar sind und - nach Beseitigung der Fehler - die Blockade , manuell aufhebbar ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Antivalenz-Überwachung der Kanäle (K1 bis K3) der Steuerstrom (i1 bis i3) und/oder die zugehörige Steuerspannung (u12, u13, u23) am Ausgang der Regelkreisglieder (RG ; RG1 bis RG3) einbezogen ist und daß hierzu den Steuerstrom (i1 bis i3) führenden Signalausgangsleitungen (st1. st2, st3) Strom- und/oder Spannungsme-βgeräte (11.1, 13.1, 15.1 , 2.1, 3.1, 4.1) zugeordnet sind, wobei durch ein Fehlersignal (A) eine Störung des Regelkreisgliedes oder des Torque-Motors des elektro-hydraulischen Umformers (SV) im betreffenden Kanal anzeigbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Antivalenz-Überwachung der Kanäle (K1, K2, K3) eine Nullpunkt-Überwachung des Steuerstromes einbezogen ist und mittels Strommeßgeräten ein Fehlersignal F erzeugbar ist, wenn der Steuerstrom einen oberen oder unteren Grenzwert iy bzw. i_x während einer vorgegebenen Zeitspanne über oder unterschreitet.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine Zwei- von Drei-Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weggeber (W ; W10 bis W30) Differential-Transformatoren sind, deren Induktivität bzw. Ausgangsspannung durch Verstellung ihrer bewegbaren Kerne eine der Istposition des abgefragten Stellgliedes analoge Größe darstellt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (AV1, AV2, AV3) sogenannte Cartridge-Ventile sind, und zwar 2/2-Wege-Sitz-Ventile.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (AV1, AV2, AV3) durch Magnetventile (Mi, M2, M3) hydraulisch ansteuerbarsind, wobei die Magnetventile als binär arbeitende hydraulische 2/3-Wege-Sitz-Ventile ausgeführt sind, welche abhängig von einem elektrischen Steuersignal eine eingangsseitige hydraulische Druckleitung (m10, m20, m30) entweder mit einem Ablauf (m11, m21, m31) verbinden oder auf die ausgangsseitige hydraulische Steuerleitung (m12, m22, m32) schalten.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro- hydraulischen Umformer (SV ; SV1, SV2, SV3) als elektro-hydraulische Durchfluß-Servo-Ventile ausgebildet sind, welche ein analoges Übertragungsglied mit proportionalem Verhalten darstellen.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieber-System der elektro-hydraulischen Umformer (SV) auf der Seite der Druckölquelle (P) und auf der Seite des Kraftkolben-Zylinder-Systems (SM) jeweils an mindestens eine Druckölzulaufleitung (SV11, SV21, SV31) und mindestens eine Ablaufleitung (SV12, SV22, SV32) angeschlossen ist und daß auf der Seite der Druckölquelle (P) in die Drucköl-Zulaufleitung (SV11, SV21, SV31) ein handbetätigbares Isolier-Absperrventil (IAV, IAV1 bis IAV3) und in die Ablaufleitung (SV12, SV22, SV32) ein federbelastetes (vorgespanntes) Isolier-Rückschlagventil (lRV1 bis IRV3) eingeschaltet ist, derart, daß bei geschlossenen Absperrventilen (AV1 bis AV3) der Verblockeinrichtung (VE) und durch Handbetätigung des Isolier-Abspernventils (IAV) der betreffende elektro-hydraulische Umformer (SV) vom Druckölkreislauf bei laufender Turbine isolierbar und zwecks Auswechslung und Reparatur ausbaubar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch handbetätigte, der Druckölentlastung des isolierten elektro-hydraulischen Umformers (SV) dienende Rückschlagventile (RV1 bis RV3), welche unmittelbar benachbart zum elektro-hydraulischen Umformer (SV) an dessen Drucköl-Leitungen (SV11, SV21, SV31 ; 111, 121, 132) sowohl auf der Seite der Druckölquelle (P) als auch auf der Seite der Absperrventile (AV) der Verblockeinrichtung (VE) angeschlossen sind.

12. Abwandlung der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen ist und der entsprechenden Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine 1- von -2-Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist.