VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER DAMPFTURBINE MIT ZWEI DAMPFZUFÜHRUNGEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine umfassend eine an die Dampfturbine angeschlos¬ sene 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 Teil¬ last 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 zuge¬ fahren, so dass nur ein Teil des maximal möglichen Gesamtmas¬ senstroms 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 ange¬ schlossene 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 Schwingun- gen des ersten Ventils und/oder zweiten Ventils das erste Ventil zufährt und das zweite Ventil auffährt.
Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Dampf¬ kraftanlage, die mehr als ein Ventil besitzt, die Ventile derart zu betreiben, dass sie asymmetrisch betätigt werden, wenn unzulässige Ventilschwingungen auftreten. Darunter sind mechanische Schwingungen zu verstehen. Diese mechanischen Schwingungen betreffen die Struktur aus Ventil und Leitungen. Dies geschieht erfindungsgemäß darin, dass ein kritischer Be- triebszustand 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 zu¬ fährt, wird das zweite sich nicht im kritischen Betriebszu- stand befindliche Ventil auffahren, um somit den Gesamtmas¬ senstrom, der in die Dampfturbine führt, nicht zu ändern.
Der Massenstrom durch das erste Ventil und das zweite Ventil wird durch die Ventilöffnungen geregelt. Ein Zufahren eines Ventils bedeutet, dass der Massenstrom verringert und die
Ventilöffnung verkleinert wird. Ein Auffahren eines Ventils bedeutet, dass der Massenstrom vergrößert und die Ventilöff¬ nung vergrößert wird.
Dadurch kann der kritische Betriebszustand des ersten Ventils schnell überbrückt und dennoch eine gleichmäßige Massenstrom- änderung 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 Detek- tierung der unzulässigen Ventilschwingungen angeordnet.
Zur Detektion des kritischen Betriebszustandes wird somit eine physikalische Größe ermittelt, was durch einen Be¬ schleunigungsaufnehmer erfolgt. Das bedeutet, dass die
Stellung des Ventilkörpers ermittelt werden kann und aus den Daten ein möglicherweise kritischer Betriebszustand diagnos¬ tiziert 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 ergrif- fen, 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 Betriebs¬ bereich 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 Dampfturbi¬ nenumbauten in einer Dampfkraftanlage bzw. bei Upgradings einer Dampfkraftanlage einsetzbar. Denn durch die aktive Überwachung und adaptive Vermeidungsstrategie von Ventil- Schwingungen 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 Ventil¬ schwingung 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 Dampfturbinenanord- nung 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 Beschleu¬ nigungsaufnehmer im ersten Ventil und ein zweiter Beschleuni-
gungsaufnehmer im zweiten Ventil angeordnet ist. Mit den Beschleunigungsaufnehmern werden Kräfte auf die Ventile ermittelt. Dadurch können Schwingungen detektiert werden. 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 erfindungsge¬ mäßen Dampfkraftanlage,
Figur 2 Darstellung von Massenströmen.
Die Figur 1 zeigt einen Teil einer Dampfkraftanlage 1 umfas- send eine Dampfturbine 2 und ein erstes Ventil 3 sowie ein zweites Ventil 4. Die Dampfturbine 2 ist mit nicht näher dar¬ gestellten 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 Ven¬ tilkörpers vom Ventilteller weg führt zu einem Auffahren des Ventils. Ein auffahrendes Ventil führt zu einer Erhöhung des Dampfmassenstroms durch das Ventil. Eine Bewegung des Ventil¬ körpers 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 zuein- ander 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 Beschleunigungsauf- nehmer (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 Ven¬ til 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 to, 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 to ist der Verlauf des Dampfmassenstroms durch das zweite Ventil 4 gleichmäßig. Zum Zeitpunkt to werden Ventilschwingungen de- tektiert, die zu einem Zuführen des zweiten Ventils 4 führen. Erfindungsgemäß wird nunmehr, wie es die untere Linie 10 sym¬ bolisiert, der Dampfmassenstrom durch das erste Ventil 3 ge¬ regelt. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt to das erste Ventil 3 auffährt, so dass der Dampfmassenstrom vergrößert wird. Dies erfolgt bis zum Zeitpunkt ti, bei dem sich die Verhält- nisse 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 darge¬ stellt 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 to noch bei den Zeitpunkten ti oder t2. Somit kann der Gesamtmassenstrom gleichmäßig in die
Dampfturbine 2 strömen.