EP2840234A1 - Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit zwei Dampfzuführungen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a steam turbine comprising a first steam supply connected to the steam turbine and a second steam feed and a first valve arranged in the first steam feed and a second valve arranged in the second steam feed.
- steam is generated in a steam generator, which is fed via feed lines to the steam turbine.
- the supply lines lead to steam supply.
- valves are installed, which regulate the steam flow.
- one or more valves are installed to control the steam turbine power in front of the steam turbine.
- There are different modes of operation of a steam turbine conceivable. So it is possible to operate the steam turbine at full load. Another option is to operate the steam turbine at partial load. This means that through the valves and into the steam turbine not the entire mass flow, which is generated in the steam generator, flows into the steam turbine.
- valves In this partial load operation, the valves are closed a little, so that only a part of the maximum possible total mass flow can flow into the steam turbine. However, the valves tend to perform vibrations in such a part load operation.
- the flow conditions in the valve can change and possibly lead to an excitation of the entire structure, which is formed of valve and lines. This is to be regarded critically, because the temporally changing and possibly cyclically repeating loads the components are strongly stressed, which under certain circumstances could lead to cracks in the components, which should be avoided.
- the invention has set itself the task of providing a method with which vibrations can be avoided.
- the object of the invention is to provide a steam turbine arrangement whose valves do not lead to vibrations.
- This object is achieved by a method for operating a steam turbine comprising a first steam supply connected to the steam turbine and a second steam supply and a first valve arranged in the first steam supply and a second valve arranged in the second steam supply, wherein the first Valve approaches and the second valve ascends.
- the invention proposes to operate in a steam power plant having more than one valve, the valves such that they are actuated asymmetrically. This is done according to the invention in that a critical operating state of a single valve is detected. So that the mass flow into the steam turbine takes place uniformly, the second valve, which is not in the critical operating state, is adapted to the critical operating state of the first valve. This means that the valve openings are formed in opposite directions to each other. For example, if the first valve is in critical operating condition, the second valve, which is not in the critical operating state, will start up in order not to change the total mass flow which leads into the steam turbine.
- the critical operating state of the first valve can be bridged quickly and yet a uniform mass flow change can be provided.
- first accelerometer in the first valve and a second accelerometer in the second valve for detecting the impermissible valve vibrations are arranged.
- a physical variable is thus determined, which is done by an acceleration sensor. This means that the position of the valve body can be determined and the data is used to diagnose a potentially critical operating condition. If there is such a critical operating state, the operating state of the second valve is checked via an acceleration sensor located in the second valve and the countermeasure according to the invention is taken, which consists in the valve bodies being operated asymmetrically with respect to one another. In other words, the two valves are controlled asymmetrically, so that when a vibration occurs, a valve approaches and the other ascends with the aim to set the desired total mass flow and at the same time to remain as short as possible in the vulnerable operating range of the individual valve.
- Such a method according to the invention can advantageously be subsequently arranged in existing steam power plants.
- a programming of the valve control is possible, which leads to a low cost.
- this downtime is largely avoided.
- the invention can advantageously be used after steam turbine conversions in a steam power plant or in upgrades of a steam power plant. Because the active monitoring and adaptive avoidance strategy of valve vibrations, damage in the valves can be largely avoided.
- the first valve and the second valve are opened and closed in such a way that a predetermined total steam mass flow into the steam turbine is achieved.
- the steam turbine can be operated in spite of undesirable valve vibration in a desired power range.
- the invention is applicable to steam power plants with more than two valves.
- the invention is applicable to steam power plants with, for example, three, four or more valves.
- the valves are operated asymmetrically to one another.
- a steam turbine arrangement with a steam turbine and a first steam supply and a second steam supply, wherein a first valve in the first steam supply and a second valve in the second steam supply is arranged, wherein a first accelerometer in the first valve and a second accelerometer is arranged in the second valve.
- the steam turbine arrangement is formed with a control according to the method according to the invention.
- FIG. 1 shows a part of a steam power plant 1 comprising a steam turbine 2 and a first valve 3 and a second valve 4.
- the steam turbine 2 is formed with guide and blades not shown and is a first steam supply 5 and a second steam supply 6 with steam from a Steam generator not shown supplied with steam.
- first valve 3 In the first steam supply 5, the first valve 3 is arranged.
- second valve 4 In the second steam supply 6, the second valve 4 is arranged.
- Both the first valve 3 and the second valve 4 comprise a valve body, not shown, which is designed to be movable relative to a valve disk. A movement of the valve body towards the valve plate leads to a closing of the valve. A movement of the valve body away from the valve head leads to a valve opening. An approaching valve will increase the steam mass flow through the valve. A movement of the valve body towards the valve disk leads to a reduction of the steam mass flow.
- the first valve 3 and the second valve 4 can be made identical. In alternative embodiments, the first valve 3 and the second valve 4 may be formed different from each other.
- the steam turbine 2 is in the in FIG. 1 illustrated embodiment formed two columns. In alternative embodiments, the steam turbine 2 may be designed to be single-flow.
- the steam turbine 2 is now operated as follows:
- a first accelerometer (not shown) disposed in the first valve 3 detects movement of the valve body.
- a second acceleration sensor (not shown) is arranged in the second valve 4 and designed to detect movements of the valve body. If the first accelerometer or the second accelerometer detects unacceptable valve vibration, the first valve 3 and the second valve 4 are operated asymmetrically with each other. This means that a control intervenes in this case, which causes the first valve 3 to close and the second valve 4 to open.
- the control is in this case designed such that the first valve 3 and the second valve 4 controls the mass flow in opposite directions to each other. This means that a closing of the one, for example, the first valve 3, leads to an opening of the second valve 4 or vice versa.
- This asymmetrical regulation of the valve opening is such that, when possible, the desired total mass flow, which is composed of the mass flow through the first valve 3 and the mass flow through the second valve 4, is not changed as much as possible.
- FIG. 2 shows the mass flow on the Y axis and the time on the X axis.
- a valve vibration at the second valve 4 is detected.
- the middle line 9 shows the mass flow through the second valve 4.
- time t 0 the course of the steam mass flow through the second valve 4 is uniform.
- valve vibrations are detected, which lead to a supply of the second valve 4.
- the steam mass flow is now regulated by the first valve 3. This means that at the time t 0, the first valve 3 rises, so that the steam mass flow is increased. This takes place until time t 1 at which the conditions reverse until time t 2 .
- the first valve 3 is closing, so that the steam mass flow, which is represented by the lower line 10, decreases and the second valve 4 rises, so that the steam mass flow, which is represented by the middle line 9, increases.
- the valve oscillations have disappeared, so that from the time t 2 the course of the steam mass flows, which are represented by the middle line 9 and the lower line 10, again run smoothly.
- the upper line 11 shows the steam mass flow flowing through the first valve 3 and through the second valve 4 in total. It can be seen that the steam mass flow represented by the upper line 11 shows no kink, neither at the time t 0 nor at the times t 1 or t 2 . Thus, the total mass flow can flow evenly into the steam turbine 2.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (2), wobei über ein erstes Ventil (3) in einer ersten Dampfzuführung (5) und über ein zweites Ventil (4) in einer zweiten Dampfzuführung (6) Dampf der Dampfturbine zugeführt wird, wobei die Ventile (3, 4) asymmetrisch zueinander geregelt werden, so dass beim Auftreten von unzulässigen Schwingungen ein Ventil zufährt und das andere auffährt mit dem Ziel, den gewünschten Gesamtmassenstrom einzustellen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine umfassend eine an die Dampfturbine angeschlossene erste Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung sowie einem in der ersten Dampfzuführung angeordneten ersten Ventil und einem in der zweiten Dampfzuführung angeordneten zweiten Ventil.
- In Dampfkraftanlagen wird Dampf in einem Dampferzeuger erzeugt, der über Zuleitungen zur Dampfturbine geführt wird. Die Zuleitungen münden in Dampfzuführungen. In den Dampfzuführungen sind Ventile eingebaut, die den Dampfdurchfluss regeln. Somit werden zur Regelung der Dampfturbinenleistung vor der Dampfturbine ein oder mehrere Ventile eingebaut. Es sind verschiedene Betriebsweisen einer Dampfturbine denkbar. So ist es möglich die Dampfturbine bei Volllast zu betreiben. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Dampfturbine bei Teillast zu betreiben. Das bedeutet, dass durch die Ventile und in die Dampfturbine nicht der gesamte Massenstrom, der im Dampferzeuger erzeugt wird, in die Dampfturbine strömt.
- In diesem Teillastbetrieb werden die Ventile ein wenig zugefahren, so dass nur ein Teil des maximal möglichen Gesamtmassenstroms in die Dampfturbine strömen kann. Allerdings neigen die Ventile in solch einem Teillastbetrieb dazu Schwingungen durchzuführen. Denn durch Androsseln in Teillast können sich die Strömungszustände im Ventil ändern und möglicherweise zu einer Anregung der ganzen Struktur, die aus Ventil und Leitungen gebildet ist, führen. Dies ist kritisch zu betrachten, da sich durch die zeitlich ändernden und möglicherweise zyklisch wiederholenden Belastungen die Bauteile stark beansprucht werden, was unter Umständen zu Rissen in den Bauteilen führen könnte, was es zu vermeiden gilt.
- Darüber hinaus könnten unter Umständen unzulässig hohe instationäre Kräfte auf dem Ventilteller entstehen, die zu einer Schädigung des Ventils insgesamt führen.
- Dem Problem der zur Schwingungen neigenden Ventile im Teillastbetrieb könnte man dadurch entgegen, dass entweder solch ein Ventil neu entwickelt oder ein anderes Ventil eingebaut wird, was allerdings zu Stillständen und Materialkosten führt.
- Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem Schwingungen vermieden werden können.
- Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Dampfturbinenanordnung anzugeben, deren Ventile nicht zu Schwingungen führen.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine umfassend eine an die Dampfturbine angeschlossene erste Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung sowie einem in der ersten Dampfzuführung angeordneten ersten Ventil und einem in der zweiten Dampfzuführung angeordneten zweiten Ventil, wobei beim Auftreten von unzulässigen Ventilschwingungen das erste Ventil zufährt und das zweite Ventil auffährt.
- Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Dampfkraftanlage, die mehr als ein Ventil besitzt, die Ventile derart zu betreiben, dass sie asymmetrisch betätigt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß darin, dass ein kritischer Betriebszustand eines einzelnen Ventils erkannt wird. Damit der Massenstrom in die Dampfturbine gleichmäßig erfolgt, wird das zweite sich nicht im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil an den kritischen Betriebszustand des ersten Ventils angepasst. Das bedeutet, dass die Ventilöffnungen gegenläufig zueinander ausgebildet werden. Wenn beispielsweise das erste sich im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil zufährt, wird das zweite sich nicht im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil auffahren, um somit den Gesamtmassenstrom, der in die Dampfturbine führt, nicht zu ändern.
- Dadurch kann der kritische Betriebszustand des ersten Ventils schnell überbrückt und dennoch eine gleichmäßige Massenstromänderung bereitgestellt werden.
- In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
- So werden in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der erste Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil zur Detektierung der unzulässigen Ventilschwingungen angeordnet.
- Zur Detektion des kritischen Betriebszustandes wird somit eine physikalische Größe ermittelt, was durch einen Beschleunigungsaufnehmer erfolgt. Das bedeutet, dass die Stellung des Ventilkörpers ermittelt werden kann und aus den Daten ein möglicherweise kritischer Betriebszustand diagnostiziert wird. Sofern ein solcher kritischer Betriebszustand vorliegt, wird über einen im zweiten Ventil befindlicher Beschleunigungsaufnehmer der Betriebszustand des zweiten Ventils überprüft und die erfindungsgemäße Gegenmaßnahme ergriffen, die darin besteht, dass die Ventilkörper asymmetrisch zueinander betrieben werden. Mit anderen Worten: die beiden Ventile werden asymmetrisch geregelt, so dass beim Auftreten von Schwingungen ein Ventil zufährt und das andere auffährt mit dem Ziel, den gewünschten Gesamtmassenstrom einzustellen und gleichzeitig möglichst kurz in dem gefährdeten Betriebsbereich des einzelnen Ventils zu verbleiben.
- Solch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann vorteilhafterweise in bestehenden Dampfkraftanlagen nachträglich angeordnet werden. Eine Programmierung der Ventilsteuerung ist möglich, was zu einem geringen Aufwand führt. Vorteilhafterweise werden dadurch Stillstandszeiten weitestgehend vermieden.
- Ebenso ist die Erfindung vorteilhafterweise nach Dampfturbinenumbauten in einer Dampfkraftanlage bzw. bei Upgradings einer Dampfkraftanlage einsetzbar. Denn durch die aktive Überwachung und adaptive Vermeidungsstrategie von Ventilschwingungen können Schäden in den Ventilen weitestgehend vermieden werden.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das erste Ventil und das zweite Ventil derart zu- und aufgefahren, dass ein vorgegebener Gesamtdampfmassenstrom in die Dampfturbine erreicht wird.
- Somit kann die Dampfturbine trotz einer unerwünschten Ventilschwingung in einem gewünschten Leistungsbereich betrieben werden.
- In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Erfindung anwendbar bei Dampfkraftanlagen mit mehr als zwei Ventilen. So ist die Erfindung anwendbar bei Dampfkraftanlagen mit beispielsweise drei, vier oder mehr Ventilen. Erfindungsgemäß werden die Ventile asymmetrisch zueinander betrieben.
- Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Dampfturbinenanordnung mit einer Dampfturbine und einer ersten Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung, wobei ein erstes Ventil in der ersten Dampfzuführung und ein zweites Ventil in der zweiten Dampfzuführung angeordnet ist, wobei ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil angeordnet ist.
- Die Dampfturbinenanordnung wird mit einer Regelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet.
- Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt in schematischer Weise die Erfindung.
- Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage,
- Figur 2
- Darstellung von Massenströmen.
- Die
Figur 1 zeigt einen Teil einer Dampfkraftanlage 1 umfassend eine Dampfturbine 2 und ein erstes Ventil 3 sowie ein zweites Ventil 4. Die Dampfturbine 2 ist mit nicht näher dargestellten Leit- und Laufschaufeln ausgebildet und wird über eine erste Dampfzuführung 5 und einer zweiten Dampfzuführung 6 mit Dampf aus einem nicht näher dargestellten Dampferzeuger mit Dampf versorgt. - In der ersten Dampfzuführung 5 ist das erste Ventil 3 angeordnet. In der zweiten Dampfzuführung 6 ist das zweite Ventil 4 angeordnet. Sowohl das erste Ventil 3 als auch das zweite Ventil 4 umfassen einen nicht näher dargestellten Ventilkörper, der gegenüber einem Ventilteller bewegbar ausgeführt ist. Eine Bewegung des Ventilkörpers zum Ventilteller hin führt zu einem Zufahren des Ventils. Eine Bewegung des Ventilkörpers vom Ventilteller weg führt zu einem Auffahren des Ventils. Ein auffahrendes Ventil führt zu einer Erhöhung des Dampfmassenstroms durch das Ventil. Eine Bewegung des Ventilkörpers zu dem Ventilteller hin führt zu einer Verringerung des Dampfmassenstroms.
- Das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 können baugleich ausgeführt werden. In alternativen Ausführungsformen kann das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 unterschiedlich zueinander ausgebildet werden. Die Dampfturbine 2 ist in der in
Figur 1 dargestellten Ausführung zweiflutig ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen kann die Dampfturbine 2 einflutig ausgebildet sein. - Die Dampfturbine 2 wird nun folgendermaßen betrieben:
- Ein erster Beschleunigungsaufnehmer(nicht dargestellt), der im ersten Ventil 3 angeordnet ist, erfasst eine Bewegung des Ventilkörpers. Ebenso ist ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer (nicht dargestellt) im zweiten Ventil 4 angeordnet und zur Erfassung von Bewegungen des Ventilkörpers ausgebildet. Sofern der erste Beschleunigungsaufnehmer oder der zweite Beschleunigungsaufnehmer eine unzulässige Ventilschwingung detektiert, werden das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 asymmetrisch zueinander betrieben. Das bedeutet, dass eine Regelung in diesem Fall eingreift, die dazu führt, dass das erste Ventil 3 zufährt und das zweite Ventil 4 auffährt. Die Regelung ist hierbei derart ausgebildet, dass das erste Ventil 3 bzw. das zweite Ventil 4 gegensinnig zueinander den Massenstrom regelt. Das bedeutet, dass ein Zufahren des einen, beispielsweise ersten Ventils 3, zu einem Auffahren des zweiten Ventils 4 oder andersrum führt.
- Diese asymmetrische Regelung der Ventilöffnung ist derart, dass beim Auftreten von Schwingungen der gewünschte Gesamtmassenstrom, der sich durch den Massenstrom durch das erste Ventil 3 und dem Massenstrom durch das zweite Ventil 4 zusammensetzt, möglichst nicht verändert wird.
- Die
Figur 2 zeigt auf der Y-Achse den Massenstrom und auf der X-Achse die Zeit. Bei der Zeit t0, die durch die gestrichelte Linie symbolisiert wird, wird eine Ventilschwingung bei dem zweiten Ventil 4 detektiert. Die mittlere Linie 9 zeigt den Massenstrom durch das zweite Ventil 4. Bis zum Zeitpunkt t0 ist der Verlauf des Dampfmassenstroms durch das zweite Ventil 4 gleichmäßig. Zum Zeitpunkt t0 werden Ventilschwingungen detektiert, die zu einem Zuführen des zweiten Ventils 4 führen. Erfindungsgemäß wird nunmehr, wie es die untere Linie 10 symbolisiert, der Dampfmassenstrom durch das erste Ventil 3 geregelt. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt t0 das erste Ventil 3 auffährt, so dass der Dampfmassenstrom vergrößert wird. Dies erfolgt bis zum Zeitpunkt t1, bei dem sich die Verhältnisse bis zum Zeitpunkt t2 umkehren. D.h., das erste Ventil 3 fährt zu, so dass sich der Dampfmassenstrom, der durch die untere Linie 10 dargestellt wird, verringert und das zweite Ventil 4 auffährt, so dass sich der Dampfmassenstrom, der durch die mittlere Linie 9 dargestellt wird, vergrößert. Zum Zeitpunkt t2 seien die Ventilschwingungen verschwunden, so dass ab dem Zeitpunkt t2 der Verlauf der Dampfmassenströme, die durch die mittlere Linie 9 und die untere Linie 10 dargestellt sind, wieder gleichmäßig verlaufen. - Die obere Linie 11 zeigt den Dampfmassenstrom, der durch das erste Ventil 3 und durch das zweite Ventil 4 strömt, in Summe. Es ist zu sehen, dass der Dampfmassenstrom, der durch die obere Linie 11 dargestellt wird, keinen Knick zeigt, weder bei dem Zeitpunkt t0 noch bei den Zeitpunkten t1 oder t2. Somit kann der Gesamtmassenstrom gleichmäßig in die Dampfturbine 2 strömen.
Claims (6)
- Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (2) umfassend eine an die Dampfturbine (2) angeschlossene erste Dampfzuführung (5) und einer zweiten Dampfzuführung (6) sowie einem in der ersten Dampfzuführung (5) angeordneten ersten Ventil (3) und einem in der zweiten Dampfzuführung (6) angeordneten zweiten Ventil (4),
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Auftreten von unzulässigen Ventilschwingungen das erste Ventil (3) zufährt und das zweite Ventil (4) auffährt. - Verfahren nach Anspruch 1,
wobei ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil (3) und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil (4) zur Detektierung der unzulässigen Ventilschwingungen angeordnet werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das erste Ventil (3) und das zweite Ventil (4) derart zufährt und auffährt, dass ein vorgegebener Gesamtdampfmassenstrom in die Dampfturbine (2) erreicht wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem dritten, vierten und weiteren Ventil, die asymmetrisch betrieben werden. - Dampfturbinenanordnung mit einer Dampfturbine (2) und einer ersten Dampfzuführung (5) und einer zweiten Dampfzuführung (6),
wobei ein erstes Ventil (3) in der ersten Dampfzuführung (5) und ein zweites Ventil (4) in der zweiten Dampfzuführung (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil (3) und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil (4) angeordnet sind. - Dampfturbinenanordnung mit einer Regelung, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
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