EP2626569A1 - Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter - Google Patents

Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter Download PDF

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EP2626569A1
EP2626569A1 EP12154644.4A EP12154644A EP2626569A1 EP 2626569 A1 EP2626569 A1 EP 2626569A1 EP 12154644 A EP12154644 A EP 12154644A EP 2626569 A1 EP2626569 A1 EP 2626569A1
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compressor
turbomachine
sensors
turbine
parameters
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EP12154644.4A
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French (fr)
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Claus Grewe
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding pump surges in a compressor, in which a plurality of characteristics of the compressor is monitored during operation and a setpoint range for the plurality of characteristics is predetermined, wherein when exceeding or falling below a number of parameters from the setpoint range a counteracting the pump surge reaction is triggered. It further relates to a compressor and a turbomachine with a compressor and a control device, which is connected to the data input side with a plurality of sensors, which are designed to detect characteristics during operation.
  • Compressors especially gas turbines, tend to pump under certain operating conditions. If the counter-pressure in the direction of flow becomes too great, then the compressor can no longer convey air and the direction of flow reverses locally or even completely. With local backflow, a portion of the air trapped in the compressor and rotates with the blades with. One speaks of a rotating separation of the flow (rotating stall). In contrast, in the so-called compressor surge (deep surge) the medium completely flows back - it comes to a vehement shock opposite to the thrust direction.
  • the compressor map which typically represents the pressure ratio between inlet and outlet pressures versus flow rate, is divided by the surge line into a stable and an unstable region. Pumping occurs when the operating points of the compressor fall into the unstable range by reducing the flow rate (throughput) or by increasing the final pressure (delivery head).
  • a surge margin is defined in the control electronics or software of a control device of the turbomachine, which is sufficiently far away from the surge limit in operation at design conditions.
  • a surge margin is defined in the control electronics or software of a control device of the turbomachine, which is sufficiently far away from the surge limit in operation at design conditions.
  • real conditions such as. B. with decreasing power frequency, high ambient temperatures and / or air humidity, low calorific values of fuels, but also by aging, contamination or damage to the compressor, it may happen that the surge line reaches the operating characteristic or even falls below. This then leads to immediate pumping of the compressor.
  • a compressor pressure ratio limiting regulator is therefore often used.
  • Such a controller looks at characteristics of the compressor (pressure ratio, line frequency, Vorleitschaufelhorn and ambient conditions such as temperature and humidity) and compares these with allowable values from a compressor-specific Surge limit map. If the current operating point of the surge limit approaches, ie if it exceeds or falls below a predetermined setpoint range, a reaction counteracting the pump surge is triggered.
  • a disadvantage of both mentioned methods is that they do not take into account aging, massive contamination or damage to the compressor and thus can no longer reliably prevent pumping of the compressor as the running time of the turbomachine increases.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for preventing pump surges in a compressor, a compressor or a turbomachine, which reliably prevent pumping of the compressor even at relatively high mileage.
  • the object is achieved according to the invention in that the plurality of parameters comprises a parameter associated with the rotary sound of the compressor.
  • the invention is based on the consideration that for a higher mileage of the turbomachine reliable prevention of pump surges should not be resorted exclusively to predetermined maps and controllable operating variables, but rather current, suitable for preventive detection of impending surge should be used measured variables . Predictive detection would be possible if an approximation to the surge limit in the form of the rotating stall, ie the rotating flow separation, could already be detected by appropriate measurements. It was recognized that such a flow separation generates vibrations in the compressor stages, which lead to increased pressure pulsations and further vibrations. These pressure pulsations and vibrations change the rotational sound of the compressor, so that a change in the rotary sound indicates predictive an imminent pumping. Therefore, a characteristic associated with the rotary sound of the compressor should be used measured and used to avoid pump surges.
  • the measured characteristic assigned to the rotary sound of the compressor is advantageously a vibration amplitude and / or frequency of a component of the turbomachine.
  • the pressure pulsations are also transmitted to the components of the turbomachine.
  • the suitable sensors and encoders are less sensitive to the operating conditions mentioned and thus more durable.
  • the shaft and / or the housing of the turbine and / or the compressor is the shaft and / or the housing of the turbine and / or the compressor.
  • the rotary sound can be determined particularly well with regard to an imminent approach to the surge line particularly well.
  • the characteristics used further include the shaft speed, the compressor discharge pressure and / or the Vorleitschaufel too.
  • the predictive recognition of the pumping can be further improved since the rotary sound can be determined particularly well with the aid of these additional parameters, for example in a computer provided with special evaluation algorithms specifically for the measurement.
  • the counteracting the pump surge reaction comprises a reduction of the target value of the turbine outlet temperature and / or a reduction of the fuel mass flow.
  • a reduction of the setpoint value of the turbine outlet temperature results in the fact that the adjustable pilot vanes of the compressor are opened. This increases the distance to the surge line.
  • the compressor discharge pressure and thus the compressor pressure ratio are reduced as quickly as possible.
  • z. B. through the anti-icing valve of the compressor at the compressor end air are removed. Improving then the air removal via the anti-icing valve can be re-introduced at the compressor inlet. This also reduces the compressor pressure ratio.
  • a turbomachine with a compressor and a control device for carrying out the method described is formed.
  • the object is achieved by one of the sensors for detecting a characteristic assigned to the rotary sound of the compressor is trained.
  • the respective sensor is a vibration sensor.
  • This is advantageously designed as a vibrometer.
  • vibrometers which measure accelerations on a piezoelectric basis, such as, for example, the piezoelectric accelerometer CA 901 from Meggitt. This is particularly durable and robust against high temperatures, soiling and compressor washes.
  • the respective sensor of the shaft and / or the housing of the turbine and / or the compressor is assigned.
  • corresponding sensors are advantageously mounted at several points on the circumference of the compressor, ideally in Klingelbohrungen outside, d. H. not in the flow path.
  • a power plant advantageously comprises a turbomachine described.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that can be seen by the targeted measurement of the rotational sound of the compressor of a turbomachine approach to the surge line or a rotating stall before an actual pumping occurs.
  • This can be achieved particularly easily by means of corresponding vibration sensors which measure pressure changes of rotating compressor rotor blades of one stage.
  • Other donors shaft speed, compressor discharge, Vorleitschaufel too
  • B. determine a computer with special evaluation algorithms. This also makes it possible to detect foreign objects that can damage the compressor flow path and its parts. Namely, such foreign bodies also lead to a change in the rotary sound. Subsequent damage to components downstream of the compressor can thus be avoided.
  • FIG. 1 shows schematically a section through the upper half of a compressor of a gas turbine.
  • the turbomachine 1 which is shown in detail in FIG. 1, is designed as a gas turbine. From the gas turbine, only the compressor 2 is shown.
  • the compressor 2 comprises guide vanes 6 fixed to a housing 4 and thus fixed, which are located in a flow channel 8 between the compressor inlet 10 and the compressor outlet 12.
  • In the Flow direction of the air first vane 6 is configured as an adjustable Vorleitschaufel 14. As a result, the air supply can be regulated and throttled in the flow channel 8.
  • blades 18 are each arranged on a shaft.
  • the blades 18 and the guide vanes 6, 14 are each arranged in a star shape in rings in the flow channel 8.
  • a ring of guide vanes 6, 14 together with the following in the flow direction ring of blades 18 each one stage of the compressor. 2
  • vibration sensors 20 are mounted in each 90 ° angularly mounted bell holes that detect mechanical vibrations and thus allow an image of the rotational sound of the compressor 2.
  • the rotary sound is determined by means of an evaluation algorithm 22, which as software on a control device, not shown, for. B. a computer is implemented.
  • an evaluation algorithm 22 which as software on a control device, not shown, for. B. a computer is implemented.
  • the data of further corresponding sensors or sensors are included in the evaluation algorithm. These include the shaft speed, the compressor pressure ratio between compressor inlet 10 and compressor outlet 12, the vane position, the shaft vibration, and the housing vibration at the compressor and turbine.
  • the computer sends signals (binary or analog) to perform appropriate responses to prevent pumping.
  • the reactions include opening the anti-icing valve 24, lowering the turbine exit temperature 26 and reducing the amount of fuel 28. Other measures may also be provided.
  • the reactions can be triggered as needed as a function of the results determined by the evaluation algorithm 22. Thus, for example, only a few of the reactions mentioned can take place or else a majority. Furthermore, messages can be sent to operating personnel 30.
  • Foreign object impacts also trigger messages to the operations control system or to the operating personnel 30. The operations control or personnel can then decide on the measures to be taken, for. B. Shutdown and Diagnosis of the Compressor 2 or the Turbomachine 1.
  • Foreign object impacts that can lead to secondary damage or damage to compressor components can - if they do not occur spontaneously - be detected and reported. On the other hand, spontaneous, severe damage leads to automatic measures in the case of FOD 32 (Foreign Object Detection), such as the shutdown of the gas turbine.
  • FOD 32 Form Object Detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter (2), bei dem eine Mehrzahl von Kenngrößen des Verdichters (2) während des Betriebs überwacht wird und ein Sollwertebereich für die Mehrzahl von Kenngrößen vorgegeben ist, wobei bei Über- oder Unterschreitung einer Anzahl von Kenngrößen aus dem Sollwertebereich eine dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion (24, 26, 28) ausgelöst wird, soll auch bei vergleichsweise hoher Laufleistung ein Pumpen des Verdichters zuverlässig verhindern. Dazu umfasst die Mehrzahl von Kenngrößen eine dem Drehklang des Verdichters (2) zugeordnete Kenngröße.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter, bei dem eine Mehrzahl von Kenngrößen des Verdichters während des Betriebs überwacht wird und ein Sollwertebereich für die Mehrzahl von Kenngrößen vorgegeben ist, wobei bei Über- oder Unterschreitung einer Anzahl von Kenngrößen aus dem Sollwertebereich eine dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion ausgelöst wird. Sie betrifft weiter einen Verdichter und eine Strömungsmaschine mit einem Verdichter und einer Steuereinrichtung, die dateneingangsseitig mit einer Mehrzahl von Sensoren verbunden ist, die zur Erfassung von Kenngrößen während des Betriebs ausgebildet sind.
  • Verdichter, insbesondere von Gasturbinen, neigen bei bestimmten Betriebsbedingungen zum Pumpen. Wird der Gegendruck in Richtung Strömung zu groß, dann kann der Verdichter keine Luft mehr fördern und die Strömungsrichtung kehrt sich lokal oder sogar vollständig um. Bei lokalem Rückströmen bleibt ein Teil der Luft im Verdichter gefangen und rotiert mit den Schaufeln mit. Man spricht von einer rotierenden Ablösung der Strömung (rotating stall). Dagegen strömt beim so genannte Verdichterpumpen (deep surge) das Medium vollständig zurück - es kommt zu einem vehementen Stoß entgegengesetzt zur Schubrichtung.
  • Beide aerodynamischen Effekte können schwerwiegende Folgen haben. Während rotierende Ablösungen durch starke Vibrationen zu Materialbrüchen führen können, droht bei einem Pumpstoß das spontane Abreißen ganzer Schaufeln. In jedem Fall wird die Luftströmung zur Brennkammer der Gasturbine unterbrochen, was zum Abschalten derselben führt.
  • Das Verdichterkennfeld, in dem typischerweise das Druckverhältnis zwischen Eintritts- und Enddruck aufgetragen gegen die Fördermenge dargestellt ist, wird durch die Pumpgrenze in einen stabilen und einen instabilen Bereich geteilt. Pumpen tritt auf, wenn die Betriebspunkte des Verdichters durch Verminderung der Fördermenge (Durchsatz) oder durch Anstieg des Enddruckes (Förderhöhe) in den instabilen Bereich geraten.
  • Üblicherweise ist in der Steuerelektronik oder -software einer Steuereinrichtung der Strömungsmaschine ein Pumpgrenzabstand definiert, der im Betrieb bei Auslegungsbedingungen hinreichend weit von der Pumpgrenze entfernt ist. Unter realen Bedingungen, wie z. B. bei absinkender Netzfrequenz, hohen Umgebungstemperaturen und/oder -luftfeuchte, niedrigen Heizwerten der Brennstoffe, aber auch durch Alterung, Verschmutzung oder Beschädigung des Verdichters, kann es dazu kommen, dass die Pumpgrenze die Betriebskennlinie erreicht oder sogar unterschreitet. Dies führt dann zum sofortigen Pumpen des Verdichters.
  • Am Eintritt des Verdichters (Ansaugkonus) sind häufig ein oder mehrere als Differenzdruckschalter ausgestaltete Sensoren installiert, die, sobald die Strömung durch den Verdichter beim Pumpen unterbrochen wird, einen gewissen Grenzwert unterschreiten und das sofortige Abschalten der Gasturbine durch Schließen der Brennstoffventile verursachen. Die Pumpschutzdruckschalter erkennen jedoch keine Annäherung an die Pumpgrenze, sondern verhindern nur das nochmalige Pumpen des Verdichters und gegebenenfalls die mechanische Schädigung des Verdichters durch das sofortige Unterbrechen der Brennstoffzufuhr.
  • In einer Weiterentwicklung wird daher häufig auch ein Verdichterdruckverhältnisbegrenzungsregler eingesetzt. Ein derartiger Regler betrachtet Kenngrößen des Verdichters (Druckverhältnis, Netzfrequenz, Vorleitschaufelstellung und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchte) und vergleicht diese mit zulässigen Werten aus einem verdichterspezifischen Pumpgrenzkennfeld. Nähert sich der aktuelle Betriebspunkt der Pumpgrenze an, d. h. bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwertebereichs, wird eine dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion ausgelöst.
  • Nachteilig ist bei beiden genannten Verfahren jedoch, dass sie keine Alterung, massive Verschmutzung oder Schädigung des Verdichters berücksichtigen und so bei zunehmender Laufzeit der Strömungsmaschine ein Pumpen des Verdichters nicht mehr zuverlässig verhindern können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter, einen Verdichter bzw. eine Strömungsmaschine anzugeben, welche auch bei vergleichsweise hoher Laufleistung ein Pumpen des Verdichters zuverlässig verhindern.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mehrzahl von Kenngrößen eine dem Drehklang des Verdichters zugeordnete Kenngröße umfasst.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine auch bei höherer Laufleistung der Strömungsmaschine zuverlässige Vermeidung von Pumpstößen nicht ausschließlich auf vorab festgelegte Kennfelder und regelbare Betriebsgrößen zurückgegriffen werden sollte, sondern vielmehr aktuelle, zur präventiven Erkennung eines drohenden Pumpstoßes geeignete Messgrößen verwendet werden sollten. Eine prädiktive Erkennung wäre möglich, wenn durch entsprechende Messungen bereits eine Annäherung an die Pumpgrenze in Form des rotating stall, d. h. der rotierenden Strömungsablösung erkannt werden könnte. Hierbei wurde erkannt, dass eine derartige Strömungsablösung Schwingungen in den Verdichterstufen erzeugt, die zu erhöhten Druckpulsationen und weiteren Schwingungen führen. Diese Druckpulsationen und Schwingungen verändern den Drehklang des Verdichters, so dass eine Änderung des Drehklangs entsprechend ein drohendes Pumpen prädiktiv anzeigt. Daher sollte eine dem Drehklang des Verdichters zugeordnete Kenngröße gemessen und zur Vermeidung von Pumpstößen verwendet werden.
  • Zur Erkennung einer Veränderung des Drehklangs können vielfältige Kenngrößen und vielfältige Sensoren zur Anwendung kommen, die in der Lage sind, Schwingungen im Verdichter anzuzeigen. So können beispielsweise hochdynamische Drucksensoren verwendet werden, mit denen die beschriebenen Druckpulsationen detektiert werden können. Allerdings ist hier nachteilig, dass derartige Drucksensoren nicht langzeitstabil und nicht für alle Betriebsbedingungen der Strömungsmaschine (erhöhte Verschmutzung, Feuchtigkeit, erhöhtes Brummen, Verdichterwaschen, etc.) geeignet sind. Daher ist vorteilhafterweise die gemessene, dem Drehklang des Verdichters zugeordnete Kenngröße eine Schwingungsamplitude und oder -frequenz eines Bauteils der Strömungsmaschine. Die Druckpulsationen übertragen sich nämlich auch auf die Bauteile der Strömungsmaschine. Somit ist der Drehklang über die mechanischen Schwingungen entsprechender Bauteile der Gasturbine ermittelbar. Dabei sind die dafür geeigneten Sensoren und Geber unempfindlicher gegen die genannten Betriebsbedingungen und damit langlebiger.
  • Vorteilhafterweise ist mit den entsprechenden Sensoren versehene Bauteil die Welle und/oder das Gehäuse der Turbine und/oder des Verdichters. Anhand der Gehäuse- und/oder Wellenschwingungen von Turbine und/oder Verdichter lässt sich der Drehklang gerade hinsichtlich einer drohenden Annäherung an die Pumpgrenze besonders gut bestimmen.
  • Vorteilhafterweise umfassen die verwendeten Kenngrößen weiterhin die Wellendrehzahl, den Verdichterenddruck und/oder die Vorleitschaufelstellung. Dadurch lässt sich die prädiktive Erkennung des Pumpens weiter verbessern, da der Drehklang mit Hilfe dieser zusätzlichen Kenngrößen beispielsweise in einem speziell für die Messung bereitgestellten Computer mit speziellen Auswertealgorithmen besonders gut bestimmen lässt.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion eine Absenkung des Sollwerts der Turbinenaustrittstemperatur und/oder eine Reduktion des Brennstoffmassenstroms. Im Rahmen der Regelung der Strömungsmaschine hat eine Absenkung des Sollwerts der Turbinenaustrittstemperatur zur Folge, dass die verstellbaren Vorleitschaufeln des Verdichters geöffnet werden. Dadurch vergrößert sich der Abstand zur Pumpgrenze. Durch eine Reduktion des Brennstoffmassenstroms wird schnellstmöglich der Verdichterenddruck und damit das Verdichterdruckverhältnis reduziert. Als weitere Maßnahme kann z. B. durch das Anti-Icing-Ventil des Verdichters am Verdichterende Luft entnommen werden. Verbessernd kann dann die Luftentnahme über das Anti-Icing-Ventil wieder am Verdichtereintritt eingeführt werden. Dadurch wird ebenfalls das Verdichterdruckverhältnis reduziert.
  • Vorteilhafterweise ist eine Strömungsmaschine mit einem Verdichter und einer Steuereinrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
  • Bezüglich der Strömungsmaschine mit einem Verdichter und einer Steuereinrichtung, die dateneingangsseitig mit einer Mehrzahl von Sensoren verbunden ist, die zur Erfassung von Kenngrößen während des Betriebs ausgebildet sind, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass einer der Sensoren zur Erfassung einer dem Drehklang des Verdichters zugeordneten Kenngröße ausgebildet ist.
  • Vorteilhafterweise ist der jeweilige Sensor dabei ein Schwingungssensor. Dieser ist vorteilhafterweise als Vibrometer ausgestaltet. Besonders vorteilhaft sind hier Vibrometer, die auf piezoelektrischer Basis Beschleunigungen messen, wie beispielsweise das piezoelektrische Accelerometer CA 901 der Firma Meggitt. Dieses ist besonders langlebig und robust gegenüber hohen Temperaturen, Verschmutzungen und bei Verdichterwäschen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist der jeweilige Sensor der Welle und/oder dem Gehäuse der Turbine und/oder des Verdichters zugeordnet. Dabei sind vorteilhafterweise entsprechende Sensoren an mehreren Stellen am Umfang des Verdichters angebracht, idealerweise in Klingelbohrungen außen, d. h. nicht im Strömungspfad.
  • Eine Kraftwerksanlage umfasst vorteilhafterweise eine beschriebene Strömungsmaschine.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die gezielte Messung des Drehklangs des Verdichters einer Strömungsmaschine eine Annäherung an die Pumpgrenze oder ein rotating stall erkennen lässt, bevor ein tatsächliches Pumpen auftritt. Dies lässt sich besonders einfach durch entsprechende Schwingungsgeber erreichen, die Druckänderungen von sich drehenden Verdichterlaufschaufeln einer Stufe messen. Mit Hilfe von anderen Gebern (Wellendrehzahl, Verdichterenddruck, Vorleitschaufelstellung) lässt sich der Drehklang des Verdichters in einer Steuereinrichtung wie z. B. einem Computer mit speziellen Auswertealgorithmen bestimmen. Dies ermöglicht es auch, Fremdkörper zu detektieren, die zu Schäden des Verdichterströmungspfades und dessen Teilen führen können. Derartige Fremdkörper führen nämlich auch zu einer Veränderung des Drehklangs. Folgeschäden an Bauteilen stromab des Verdichters können so vermieden werden.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch einen Schnitt durch die obere Hälfte eines Verdichters einer Gasturbine.
  • Die in der FIG ausschnittsweise dargestellte Strömungsmaschine 1 ist als Gasturbine ausgestaltet. Von der Gasturbine ist lediglich der Verdichter 2 gezeigt. Der Verdichter 2 umfasst an einem Gehäuse 4 befestigte und somit feststehende Leitschaufeln 6, die sich in einem Strömungskanal 8 zwischen Verdichtereintritt 10 und Verdichteraustritt 12 befinden. Die in Strömungsrichtung der Luft erste Leitschaufel 6 ist als verstellbare Vorleitschaufel 14 ausgestaltet. Dadurch kann die Luftzufuhr in den Strömungskanal 8 geregelt und gedrosselt werden.
  • In Strömungsrichtung der Luft hinter jeder Leitschaufel 6, 14 sind jeweils an einer Welle 16 Laufschaufeln 18 angeordnet. Die Laufschaufeln 18 und die Leitschaufeln 6, 14 sind jeweils sternförmig in Kränzen im Strömungskanal 8 angeordnet. Ein Kranz aus Leitschaufeln 6, 14 bildet zusammen mit dem in Strömungsrichtung nachfolgenden Kranz aus Laufschaufeln 18 jeweils eine Stufe des Verdichters 2.
  • Zur frühzeitigen Erkennung eines drohenden Pumpens sind im Verdichter 2 eine Vielzahl von nicht im Detail dargestellte Sensoren angeordnet. Insbesondere sind als piezoelektrische Beschleunigungssensoren ausgestaltete Schwingungssensoren 20 in jeweils 90°-winklig angebrachten Klingelbohrungen angebracht, die mechanische Schwingungen detektieren und damit ein Bild des Drehklangs des Verdichters 2 ermöglichen.
  • Der Drehklang wird mittels eines Auswertealgorithmus 22 ermittelt, der als Software auf einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung, z. B. einem Computer implementiert ist. In den Auswertealgorithmus gehen dabei neben den Schwingungsdaten der Schwingungssensoren 20 die Daten weiterer entsprechender Geber bzw. Sensoren ein. Dazu zählen die Wellendrehzahl, das Verdichterdruckverhältnis zwischen Verdichtereintritt 10 und Verdichteraustritt 12, die Vorleitschaufelstellung, die Wellenschwingung und die Gehäuseschwingung an Verdichter und Turbine.
  • Ändert sich aufgrund der Annäherung an die Pumpgrenze der Drehklang oder die Schwingungsform der vorhandenen Schwingungsmessgeräte, sendet der Computer Signale (binäre oder analoge), um entsprechende Reaktionen durchzuführen, die ein Pumpen verhindern.
  • Die Reaktionen umfassen das Öffnen des Anti-Icing-Ventils 24, das Absenken der Turbinenaustrittstemperatur 26 und die Reduzierung der Brennstoffmenge 28. Weitere Maßnahmen können auch vorgesehen sein. Die Reaktionen können bedarfsgerecht abhängig von den vom Auswertealgorithmus 22 ermittelten Ergebnissen ausgelöst werden. So können beispielsweise nur einzelne der genannten Reaktionen erfolgen oder aber eine Mehrzahl. Weiterhin können Meldungen an Betriebspersonal 30 erfolgen.
  • Sollte ein Fremdkörper durch den Strömungskanal 8 des Verdichters 2 fliegen, lässt sich dies durch die Drehklangänderung ebenfalls feststellen. Fremdkörpereinschläge lösen ebenfalls Meldungen an die Betriebsleittechnik oder an das Betriebspersonal 30 aus. Die Betriebsleittechnik oder das Personal kann dann über die zu ergreifenden Maßnahmen entscheiden, z. B. Abfahren und Befundung des Verdichters 2 oder der Strömungsmaschine 1. Fremdkörpereinschläge, die zu Sekundärschäden führen, oder Schädigungen von Verdichterbauteilen verursachen können, können - sofern sie nicht spontan auftreten - so detektiert und gemeldet werden. Spontan auftretende, starke Schädigungen führen hingegen zu automatischen Maßnahmen bei FOD 32 (Foreign Object Detection) wie dem Abschalten der Gasturbine.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter (2), bei dem eine Mehrzahl von Kenngrößen des Verdichters (2) während des Betriebs überwacht wird und ein Sollwertebereich für die Mehrzahl von Kenngrößen vorgegeben ist,
    wobei bei Über- oder Unterschreitung einer Anzahl von Kenngrößen aus dem Sollwertebereich eine dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion (24, 26, 28) ausgelöst wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mehrzahl von Kenngrößen eine dem Drehklang des Verdichters (2) zugeordnete Kenngröße umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    bei dem die dem Drehklang des Verdichters (2) zugeordnete Kenngröße eine Schwingungsamplitude und oder -frequenz eines Bauteils der Strömungsmaschine (2) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    bei dem das Bauteil die Welle (16) und/oder das Gehäuse (4) einer Turbine und/oder des Verdichters (2) ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Mehrzahl von Kenngrößen die Wellendrehzahl, den Verdichterenddruck und/oder die Vorleitschaufelstellung umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die dem Pumpstoß entgegenwirkende Reaktion eine Absenkung des Sollwerts der Turbinenaustrittstemperatur (26) und/oder eine Reduktion des Brennstoffmassenstroms (28) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der Verdichter (2) Teil einer Strömungsmaschine (1) ist.
  7. Verdichter (2) und eine Steuereinrichtung, ausgebildet zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verdichter (2) und eine Steuereinrichtung,
    die dateneingangsseitig mit einer Mehrzahl von Sensoren verbunden ist, die zur Erfassung von Kenngrößen während des Betriebs ausgebildet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    einer der Sensoren zur Erfassung einer dem Drehklang des Verdichters (2) zugeordneten Kenngröße ausgebildet ist.
  9. Verdichter (2) nach Anspruch 8,
    bei der der jeweilige Sensor ein Schwingungssensor (20) ist.
  10. Strömungsmaschine (1) mit einem Verdichter (2) nach Anspruch 8 oder 9.
  11. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 10,
    bei der der jeweilige Sensor der Welle (16) und/oder dem Gehäuse (4) einer Turbine und/oder des Verdichters (2) zugeordnet ist.
  12. Kraftwerksanlage mit einer Strömungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11.
EP12154644.4A 2012-02-09 2012-02-09 Verfahren zur Vermeidung von Pumpstößen in einem Verdichter Withdrawn EP2626569A1 (de)

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