EP3106627A1 - Verdichterüberwachung in einer strömungsmaschine - Google Patents

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EP3106627A1
EP3106627A1 EP15172555.3A EP15172555A EP3106627A1 EP 3106627 A1 EP3106627 A1 EP 3106627A1 EP 15172555 A EP15172555 A EP 15172555A EP 3106627 A1 EP3106627 A1 EP 3106627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
pressure
temperature
stage
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15172555.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Grewe
Tuncay Karaöz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15172555.3A priority Critical patent/EP3106627A1/de
Publication of EP3106627A1 publication Critical patent/EP3106627A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/002—Cleaning of turbomachines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine comprising a compressor, which has a plurality of compressor stages, which comprise a row of guide vanes and a streamwise immediately succeeding blade row.
  • turbomachines In the operation of such turbomachines relatively large amounts of air are sucked about for a combustion process or in process compressors in chemical-technical plants. To protect the compressor from damage and contamination, the intake air is typically filtered. Despite this filtering, however, small particles continue to enter the compressor with the filtered air and settle there on the vanes of the vane rows as well as the blade rows. If the compressor is not adequately cleaned, its increased use can lead to an increasingly high level of contamination, which significantly reduces compressor performance. The type of contamination, as well as the speed with which the pollution occurs, is very much dependent on the location of the turbomachine and the maintenance of the compressor cleaning. Particularly susceptible to pollution here are turbomachines that are operated near the sea, or at sites where industry is located, the mineral or chemical substances releases to the environment.
  • wet cleaning methods are typically used. These cleaning methods can be carried out online, that is during the operation of the turbomachine, or also offline, ie. after switching off the turbomachine. Regular cleaning of the compressor is typically recommended to the operator at predetermined intervals, but this does not take site or usage specific considerations into account. In this respect, in some cases too often or too little a cleaning of the compressor is made.
  • turbomachine As well as a method for operating such a turbomachine, which can avoid these disadvantages known from the prior art.
  • this turbomachine should allow targeted cleaning and maintenance of the compressor, the cleaning intervals should be able to be improved.
  • a turbomachine comprising a compressor having a plurality of compressor stages comprising a row of vanes and a fluidly immediately following blade row, and which compressor also has a compressor inlet and a compressor outlet, further comprising a pair of first Temperature sensor and first pressure sensor is formed, which is formed in accordance with the measurement of the temperature and the pressure in the region of the compressor inlet, and further comprising a pair of second temperature sensor and second pressure sensor, corresponding to the measurement of the temperature and the pressure in the region of the compressor outlet is formed, and wherein at least one pair of third temperature sensor and third pressure sensor is included, which is designed in accordance with the measurement of the temperature and the pressure in the region of a compressor stage, which is arranged between the first compressor stage at the compressor inlet and the last compressor stage at the compressor outlet, and wherein additionally an evaluation unit is included, which receives the measured values of the temperature sensors and the measured values of the pressure sensors and calculates at least a first state variable using some or all of the measured values
  • a turbomachine comprising a compressor which has a plurality of compressor stages, which have a row of guide vanes and a fluid-flow directly and which compressor also has a compressor inlet and a compressor outlet, further comprising a pair of first temperature sensor and first pressure sensor, which is formed in accordance with the measurement of the temperature and the pressure in the region of the compressor inlet, and further wherein a pair of second temperature sensor and second pressure sensor, which is designed accordingly for measuring the temperature and the pressure in the region of the compressor outlet, and wherein at least one pair of third temperature sensor and third pressure sensor is included, corresponding to the measurement of the temperature and the pressure in the region of Compressor is formed, which is arranged between the first compressor stage at the compressor inlet and the last compressor stage at the compressor outlet, and wherein in addition an evaluation unit is included, which the measured values of the temperature sensors and the measured values of Pressure sensors receives and calculates at least a second state variable using some or all of the knife values, which describes a compressor
  • first or second state variable does not require the previous calculation of the other state variable.
  • the first or second state variable can therefore also be determined independently of the respective other state variable.
  • these first state variable and second state variable could also simply be referred to as state variable, but for the sake of distinction should be retained in certain embodiments of the turbomachine.
  • condition of the compressor is suitable for recognizing signs of aging, damage but above all soiling and the like of the relevant compressor areas.
  • the condition of the compressor thus also allows statements about problems in the designated areas of the compressor.
  • the compressor state in the sense of the invention relates to physical variables which allow conclusions to be drawn on signs of aging, damage but also, above all, soiling and the like of the relevant compressor areas.
  • these areas may be lighter in designation into individual compressor sectors be divided, which in turn are determined by a number of successive compressor stages.
  • the compressor sectors are determined by two adjacent pairs of temperature sensors and pressure sensors, so that a compressor sector between these two pairs is arranged.
  • compressor sectors are thus determined geometrically in that they are measured on one side by a pair of temperature sensor and pressure sensor, as well as by a subsequent flow measurement of a pair of temperature sensor and pressure sensor on the other side.
  • the compressor inlet is primarily determined by the fluidically first compressor stage. In this case, however, further upstream flow-conditioned components may be included, such as the parts of the intake duct of the turbomachine. Also, the compressor outlet is primarily defined by the last compressor stage in the turbomachine, but may also include downstream downstream components, such as the compressor outlet housing and / or the diffuser.
  • the invention it is therefore provided to provide a number of pairs of temperature sensors and pressure sensors in the compressor of the turbomachine, which can each perform local measurements of the temperature and the pressure.
  • measurements are made in the area of the compressor inlet as well as the compressor outlet.
  • at least one further pair of temperature sensor and pressure sensor is provided between the compressor inlet and the compressor outlet, ie third temperature sensor and third pressure sensor, which detects the respective pressure and temperature values within the flow path of the compressor.
  • the compressor in particular in sectors along the flow path of the working medium divided, wherein the sector beginning and the end of the sector are each determined by a pair of a temperature sensor and pressure sensor.
  • the compressor may be divided into two sectors, namely the first sector from the compressor inlet to the compressor stage associated with this pair of third temperature sensor and third pressure sensor and one sector thereof Pair of third temperature sensor and pressure sensor to the compressor outlet.
  • a first state variable can be calculated for a region between the first compressor stage at the compressor inlet and the further compressor stage arranged between the first compressor stage at the compressor inlet and the last compressor stage at the compressor outlet, or a second state variable , which is calculated for a region between the compressor stage at the compressor outlet and the further compressor stage, which is arranged between the first compressor stage at the compressor inlet and the last compressor stage at the compressor outlet.
  • the overall efficiency of the machine drops, for example as a result of contamination or damage to individual blades of the compressor, it is possible to determine which sector is polluting by considering the individual state variables significantly caused.
  • the respectively determined state variable can be about the sector efficiency, which contributes to the overall efficiency of the compressor.
  • the operator could also determine suitable parameters with which he can evaluate performance or efficiency losses due to contamination or aging of the compressor.
  • Such characteristics can be found, for example, in the control system of the turbomachine input, for example, to operate the compressor safely and controlled within an inspection interval, with a power reduction must be made about due to the increased pollution.
  • the state variable which is determined according to the invention, thus allows a sector-specific analysis of the aging or contamination state and thus makes it possible to undertake targeted measures for the operator. If, for example, the compressor in the area of the first sector after the compressor inlet is very dirty, online cleaning by means of liquid water may be appropriate. However, if the compressor in the area of the rear compressor stages, say just before the compressor outlet, becomes dirty, offline maintenance and offline cleaning may be necessary. According to the invention, it is thus possible to detect changes in individual areas of the compressor at an early stage in order to be able to initiate suitable maintenance and cleaning measures. As a result, the maintenance or cleaning measures can be made not only targeted, but also if according to predetermined criteria of a compressor sector maintenance or cleaning should not be behind schedule. As a result, costs for downtime and repairs can be reduced. In addition, the reliability and availability of the turbomachine can be improved.
  • the calculated state variable is determined, for example, as the efficiency of a particular compressor sector, it is also possible to determine from the change over time of the respectively determined state variable be closed, whether the change is due to aging, contamination or damage. If, for example, a significant change in the state variable suddenly occurs in a sector, damage to a blade in this sector can be expected. On the other hand, if one considers the overall efficiency of the compressor, the change of state may not cause a significant change in the overall efficiency. Consequently, the sensitivity and reliability of the compressor monitoring is significantly improved, since this can now be done sector-specific. This, in turn, may mean that maintenance is now required as needed, which can also reduce maintenance costs.
  • the turbomachine is a gas turbine, in particular a stationary gas turbine.
  • gas turbines high mass flows are implemented, so that the problem of contamination or aging of the blades there is particularly problematic.
  • a plurality of pairs of third temperature sensors and third pressure sensors is included, which are designed according to the measurement of temperature and pressure in the range of different compressor stages, wherein the evaluation at least a third state variable Using some or all of the measured values, which describes a compressor state between two compressor stages, each associated with a pair of third temperature sensor and third pressure sensor.
  • the compressor of the turbomachine can be divided by the plurality of pairs of third temperature sensor and third pressure sensor in a plurality of compressor sectors, which can follow one another approximately in the flow direction of the working medium.
  • a state variable can in each case be determined which corresponds to the Compressor state in each considered compressor sector can describe.
  • the compressor state can be resolved over several compressor sectors, so as to be able to detect changes in the particular compressor sectors.
  • a number of discharge lines from the compressor are included, which are assigned to individual compressor stages, and pairs of third temperature sensors and third pressure sensors are provided in the region of the discharge lines.
  • a local arrangement in the area of the blow-off lines here comprises an arrangement in the blow-off lines themselves, as well as fluidically before entering the blow-off lines in the respective compressor stage itself.
  • the respective pairs of temperature sensor and pressure sensor can be arranged in a plenum, in which the respective discharge line opens to accumulate about the removal fluid from the compressor.
  • the vent lines represent suitable sensor locations in which the respective sensors can be easily installed.
  • the temperature values or pressure values can be detected with sufficient accuracy to determine the required state variables.
  • a subsequent attachment of these pairs of temperature sensor and pressure sensor in a retrofit measure at these locations can be made very easily.
  • At least one of the sensors of the pairs of first temperature sensor and first pressure sensor, or second temperature sensor and second pressure sensor, and third temperature sensor and third pressure sensor is designed to be redundant.
  • a redundant design here comprises a doubling, tripling, etc. of a respective sensor. Consequently, a safe and largely secure and error-free detection of the temperature and / or pressure values possible.
  • the at least one state variable can be determined by a comparison of the measured values of a predetermined sensor with previously measured values of the same sensor stored in advance. A corresponding time comparison can also be made for the respective state variable itself. Such a comparison can be done mathematically, for example by a weighted or unweighted difference.
  • the execution of at least one state variable can be identical to the first state variable, the second state variable or the third state variable.
  • the at least one state variable is determined by a comparison of a mathematical function of the measured values of a pair of sensors with chronologically preceding and stored values of the same function and of the same pair of sensors.
  • a function may also contain other thermodynamic parameters, such as power or the like, in order to be able to calculate the designated state variable.
  • the respective state variables are efficiency or compressor power. Accordingly, each compressor sector can be assigned its own specific efficiency or its own compressor capacity, which can also be considered in a time-comparing manner. With temporal changes of these state variables appropriate measures are initiated.
  • thermocouples for example, or the pressure sensors as analog pressure transmitters.
  • FIG. 1 shows a schematic side sectional view through a first embodiment of the turbomachine 1 according to the invention, which is designed as a gas turbine.
  • the turbomachine 1 has a compressor 10, which has a total of 17 compressor stages 11.
  • the compressor stages 11, in turn, are formed by a row of guide vanes 15, such as a rotor blade 16 which follows immediately after flow.
  • compressor fluid typically compressor air
  • suction section not provided with reference numerals
  • the compressor inlet 21 is arranged in the region of the fluidically first compressor stage 11.
  • the compressor medium in the region of the compressor outlet 22 exits into a plenum not provided with reference numerals, in order to feed therefrom a burner, also not further provided with reference numerals, with the compressed medium.
  • the turbomachine also comprises a pair of second temperature sensor 41 and second pressure sensor 42 in the region of the compressor outlet 22.
  • each of the individual compressor stages 11 are three pairs of third temperature sensor 51 and assigned to third pressure sensor 52.
  • the first pair of third temperature sensor 51 and third pressure sensor 52 is provided in the region of the sixth compressor stage 11, the second pair in the region of the tenth compressor stage 11 and the third pair in the region of the fourteenth compressor stage 11.
  • This local arrangement of the three pairs of third temperature sensor 51 and third pressure sensor 52 defines here together with the first two pairs of temperature sensor 31, 41 and pressure sensor 32, 42 a total of four compressor sectors, which are fluidically arranged one after the other. These four compressor sectors are labeled S1, S2, S3 and S4.
  • blow-off lines 53 In order to carry out the attachment of the pairs to the third temperature sensor 51 and the third pressure sensor 52 in a targeted or simplified manner, they are present in the area of blow-off lines 53 in the present case.
  • the blow-off lines 53 in this case allow the removal of compressed working fluid at the respective associated compressor stage 11, wherein this to convert into a subsequent not further provided with reference numerals plenary. From this plenum, in turn, the compressed working medium can be removed and fed via suitable valves provided with secondary medium lines 61, 62 and 63 of the turbine of the turbomachine 1. This supply line is about the supply for cooling purposes.
  • the measured values of the respective temperature sensors 31, 41, 51 or of the pressure sensors 32, 42, 52 are transferred to an evaluation unit 60, which is designed to calculate a state variable which determines the compressor state in the area of a compressor sector S1, S2, S3, S4 can describe.
  • a state variable which determines the compressor state in the area of a compressor sector S1, S2, S3, S4 can describe.
  • comparable state variables can be calculated for the other sectors S2, S3 or S4.
  • suitable state variables may be calculated for any combination of adjacent compressor sectors S1, S2, S3 and S4.
  • a state variable can be calculated for the combination of the compressor sectors S1 and S2 as well as a state variable for the combination of the compressor sectors S3 and S4.
  • the calculation of state variables C1, C2 of such combined compressor sectors S1, S2, S3 and S4 thus allows a more targeted detection of changes in the compressor state.
  • the state variables C1, C2 calculated in the evaluation unit 60 can be provided for further analyzes or method steps.
  • FIG. 2 shows a diagrammatic representation of the change in the compressor pressure ratio (Y-axis) of different compressor sectors S1, S2, S3, S4, depending on different power (X-axis), which are discharged by the turbomachine.
  • the compressor pressure ratio applies the ratio of outlet pressure to compressor discharge with respect to a defined compressor sector S1, S2, S3, S4.
  • the turbomachine 1 is again designed as a gas turbine, as in the previous FIG. 1 shown.
  • the compressor pressure ratio is held in arbitrary units and shows the change of the compressor pressure ratio for the first compressor sector S1, the second compressor sector S2, the third compressor sector S3, and the fourth compressor sector S4.
  • the solid lines shown here describe a compressor pressure ratio with undamaged and unpolluted compressor. In contrast, the dashed lines show the respective compressor pressure ratios when the compressor 10 becomes dirty.
  • the compressor pressure ratios in the sector S4 for the contaminated or damaged compressor 10 are clearly below those of an undamaged or unpolluted compressor 10.
  • the compressor stages 11 of the respective two compressor sectors S1 and S2 carry relatively more to the overall compression than in the undamaged or unpolluted condition.
  • the compressor pressure ratio for the sectors S3 and S4 of the unpolluted compressor are relatively closer to the course for the dirty compressor 10 for the designated compressor sectors S3 and S4, it can be concluded that a Contamination or damage in the region of the third and fourth compressor sector S3 or S4 must be present.
  • maintenance would be required to perform an offline cleaning procedure.
  • a corresponding replacement of the defective components would have to be made.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) umfassend einen Verdichter (10), welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen (11) aufweist, die eine Leitschaufelreihe (15) und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe (16) umfassen, und welcher Verdichter (10) ebenfalls einen Verdichtereinlass (21) und einen Verdichterauslass (22) hat, wobei weiterhin ein Paar von erstem Temperatursensor (31) und erstem Drucksensor (32) umfasst ist, welches entsprechend zur Messung der Temperatur (T1) und des Druckes (P1) im Bereich des Verdichtereinlasses (21) ausgebildet ist, und wobei weiterhin ein Paar von zweitem Temperatursensor (41) und zweitem Drucksensor (42) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T2) und des Druckes (P2) im Bereich des Verdichterauslasses (22) ausgebildet ist, und wobei wenigstens ein Paar von drittem Temperatursensor (51) und drittem Drucksensor (52) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T3) und des Druckes (P3) im Bereich einer Verdichterstufe (11) ausgebildet ist, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist, und wobei zusätzlich eine Auswerteeinheit (60) umfasst ist, welche die Messwerte der Temperatursensoren (31, 41, 51) und die Messwerte der Drucksensoren (32, 42, 52) aufnimmt und wenigstens eine erste Zustandsgröße (C1) unter Benutzung einiger oder aller der Messerwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand im Bereich zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der weiteren Verdichterstufe (11) beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend einen Verdichter, welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen aufweist, die eine Leitschaufelreihe und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe umfassen.
  • Bei dem Betrieb derartiger Strömungsmaschinen werden verhältnismäßig große Mengen an Luft etwa für einen Verbrennungsprozess oder auch bei Prozessverdichtern in chemisch-technischen Anlagen angesaugt. Um den Verdichter vor Beschädigung und Verschmutzung zu bewahren, wird die Ansaugluft typischerweise gefiltert. Trotz dieser Filterung gelangen jedoch weiterhin kleine Partikel mit der gefilterten Luft in den Verdichter und setzen sich dort auf den Schaufeln der Leitschaufelreihen wie auch der Laufschaufelreihen ab. Wird der Verdichter nicht ausreichend gereinigt, kann es aufgrund der zunehmenden Nutzung zu einer zunehmend starken Verschmutzung kommen, welche die Verdichterleistung deutlich vermindert. Die Art der Verschmutzung, wie auch die Geschwindigkeit, mit welcher die Verschmutzung erfolgt, ist sehr stark vom Standort der Strömungsmaschine sowie dem Wartungsaufwand beim Reinigen des Verdichters abhängig. Besonders anfällig für Verschmutzung sind hierbei Strömungsmaschinen, welche in Meeresnähe betrieben werden, bzw. an Standorten, an welchen Industrie angesiedelt ist, die mineralische oder chemische Stoffe an die Umwelt abgibt.
  • Bei Verschmutzung des Verdichters der Strömungsmaschine bilden sich auf Schaufeln unterschiedlicher Strömungsregime typischerweise unterschiedliche Arten der Verschmutzung aus. Während etwa typischerweise an den Schaufeln der vorderen Verdichterstufen sich Öl- und Ruß-haltige Beläge abscheiden, setzen sich an den hinteren Verdichterstufen typischerweise Salze an. Weiterhin können sich auch Partikel in Stäuben an unterschiedlichen Stellen des Verdichters absetzen, die zur bleibenden Alterung aufgrund von Erosionserscheinungen führen können.
  • Um die Verschmutzungen der einzelnen Verdichterstufen zu entfernen, werden typischerweise Nassreinigungsverfahren zum Einsatz gebracht. Diese Reinigungsverfahren können online, also während des Betriebs der Strömungsmaschine, vorgenommen werden, oder aber auch offline, d.h. nach Abschalten der Strömungsmaschine. Regelmäßiges Reinigen des Verdichters wird dem Betreiber typischerweise in vorbestimmten Zeitabständen empfohlen, welche jedoch nicht Standort- oder auch nutzungsspezifische Gegebenheiten berücksichtigen. Insofern wird teilweise zu häufig oder aber auch zu wenig eine Reinigung des Verdichters vorgenommen.
  • Wird der Verdichter zu häufig gereinigt, sind vom Betreiber lange Ausfallzeiten zu verkraften. Solche sind natürlich wirtschaftlich und prozesstechnisch unerwünscht. Wird der Verdichter der Strömungsmaschine jedoch zu wenig gereinigt, kann der Schmutz derart stark die einzelnen Schaufeln der Verdichterstufen beeinflussen, dass es zu Wirkungs- und Leistungseinbußen kommt und im schlimmsten Fall etwa zu einem Strömungsabriss an den einzelnen Schaufeln bzw. Stufen, wodurch im Extremfall etwa ein Verdichterpumpen entstehen kann. In diesem Fall können nicht nur Schäden an den einzelnen Schaufeln der Verdichterstufen erfolgen, sondern der gesamte Ansaugströmungskanal kann Schaden durch die zerstörerischen Druckwellen in demselben nehmen.
  • Es ist folglich wünschenswert, eine Strömungsmaschine wie auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Strömungsmaschine vorzuschlagen, welche diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeiden kann. Insbesondere soll diese Strömungsmaschine eine gezielte Reinigung und Wartung des Verdichters erlauben, wobei die Reinigungsintervalle verbessert eingestellt werden können sollen.
  • Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden gelöst durch eine Strömungsmaschine gemäß Ansprüchen 1 und 2, wie auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer nachfolgend dargestellten Strömungsmaschine gemäß Anspruch 9.
  • Insbesondere werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Strömungsmaschine umfassend einen Verdichter, welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen aufweist, die eine Leitschaufelreihe und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe umfassen, und welcher Verdichter ebenfalls einen Verdichtereinlass und einen Verdichterauslass hat, wobei weiterhin ein Paar von erstem Temperatursensor und erstem Drucksensor umfasst ist, welches entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichtereinlasses ausgebildet ist, und wobei weiterhin ein Paar von zweitem Temperatursensor und zweitem Drucksensor umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichterauslasses ausgebildet ist, und wobei wenigstens ein Paar von drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich einer Verdichterstufe ausgebildet ist, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist, und wobei zusätzlich eine Auswerteeinheit umfasst ist, welche die Messwerte der Temperatursensoren und die Messwerte der Drucksensoren aufnimmt und wenigstens eine erste Zustandsgröße unter Benutzung einiger oder aller der Messwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand im Bereich zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der weiteren Verdichterstufe beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist.
  • Fernerhin werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Strömungsmaschine umfassend einen Verdichter, welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen aufweist, die eine Leitschaufelreihe und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe umfassen, und welcher Verdichter ebenfalls einen Verdichtereinlass und einen Verdichterauslass hat, wobei weiterhin ein Paar von erstem Temperatursensor und erstem Drucksensor umfasst ist, welches entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichtereinlasses ausgebildet ist, und wobei weiterhin ein Paar von zweitem Temperatursensor und zweitem Drucksensor umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichterauslasses ausgebildet ist, und wobei wenigstens ein Paar von drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich einer Verdichterstufe ausgebildet ist, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist, und wobei zusätzlich eine Auswerteeinheit umfasst ist, welche die Messwerte der Temperatursensoren und die Messwerte der Drucksensoren aufnimmt und wenigstens einer zweiten Zustandsgröße unter Benutzung einiger oder aller der Messerwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand im Bereich zwischen der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass und der weiteren Verdichterstufe beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist.
  • Weiterhin werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen vorab wie auch nachfolgend beschriebenen Strömungsmaschine, umfassend folgende Schritte:
    • Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichtereinlasses;
    • Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich des Verdichterauslasses;
    • Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich einer Verdichterstufe, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist;
    • Berechnen einer ersten Zustandsgröße, welche einen Verdichterzustand zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der weiteren Verdichterstufe beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist; und/oder
    • Berechnen einer zweiten Zustandsgröße, welche einen zweiten Verdichterzustand zwischen der weiteren Verdichterstufe beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist, und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass.
  • Die Berechnung der ersten bzw. zweiten Zustandsgröße erfordert hierbei nicht die vorherige Berechnung der jeweils anderen Zustandsgröße. Die erste bzw. zweite Zustandsgröße kann also auch unabhängig von der jeweils anderen Zustandsgröße bestimmt werden. Insofern könnten diese erste Zustandsgröße und zweite Zustandsgröße auch einfach als Zustandsgröße bezeichnet werden, sollen jedoch der Unterscheidung wegen in bestimmten Ausführungsformen der Strömungsmaschine beibehalten werden.
  • An dieser Stelle ist auch darauf hinzuweisen, dass der Verdichterzustand dazu geeignet ist, Alterungserscheinungen, Beschädigungen aber auch vor allem Verschmutzungen und dergl. der betreffenden Verdichterbereiche erkennen zu lassen. Der Verdichterzustand erlaubt also auch Aussagen über Probleme in den bezeichneten Bereichen des Verdichters. In anderen Worten betrifft der Verdichterzustand im erfindungsgemäßen Sinn physikalische Größen, welche Rückschlüsse erlauben auf Alterungserscheinungen, Beschädigungen aber auch vor allem Verschmutzungen und dergl. der betreffenden Verdichterbereiche.
  • Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, können diese Bereiche der leichteren Bezeichnung wegen in einzelne Verdichtersektoren gegliedert werden, welche wiederum durch eine Anzahl an aufeinanderfolgenden Verdichterstufen bestimmt sind. Hierbei werden die Verdichtersektoren durch jeweils zwei benachbarte Paare von Temperatursensoren und Drucksensoren bestimmt, so dass ein Verdichtersektor zwischen diesen beiden Paaren angeordnet ist. In anderen Worten werden Verdichtersektoren geometrisch also dadurch bestimmt, dass bei ihnen auf der einen Seite eine Messung durch ein Paar von Temperatursensor und Drucksensor erfolgt, wie auch durch eine strömungstechnisch nachfolgende Messung eines Paares von Temperatursensor und Drucksensor auf der anderen Seite.
  • Der Verdichtereinlass ist in erster Linie bestimmt durch die strömungstechnisch erste Verdichterstufe. Hierbei können jedoch auch weiter stromauf liegende strömungskonditionierte Bauteile mit umfasst sein, etwa die Teile des Ansaugkanals der Strömungsmaschine. Ebenfalls ist der Verdichterauslass in erster Linie definiert durch die letzte Verdichterstufe in der Strömungsmaschine, umfasst jedoch möglicherweise auch strömungstechnisch stromab nachfolgende Bauteile, wie etwas das Verdichterauslassgehäuse und/oder den Diffusor.
  • Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, in dem Verdichter der Strömungsmaschine eine Anzahl an Paaren von Temperatursensoren und Drucksensoren vorzusehen, welche jeweils örtliche Messungen der Temperatur und des Druckes ausführen können. Hierbei werden Messungen im Bereich des Verdichtereinlasses wie auch des Verdichterauslasses vorgenommen. Zudem ist zwischen dem Verdichtereinlass und dem Verdichterauslass wenigstens ein weiteres Paar an Temperatursensor und Drucksensor vorgesehen, d.h. dritter Temperatursensor und dritter Drucksensor, welches innerhalb des Strömungspfades des Verdichters die jeweiligen Druck- und Temperaturwerte erfasst. Mit Hilfe dieser paarweise gemessenen Werte, kann nun in einer Auswerteeinheit eine Zustandsgröße berechnet werden, welche Rückschlüsse erlaubt auf den Zustand des Verdichters in einem Bestimmten Bereich. Hierbei wird der Verdichter, insbesondere in Sektoren entlang des Strömungspfades des Arbeitsmediums unterteilt, wobei der Sektorenanfang und das Ende des Sektors jeweils durch ein Paar eines Temperatursensors und Drucksensors bestimmt sind. Ist also beispielsweise lediglich ein weiteres Paar an drittem Temperatursensor und Drucksensor vorgesehen, kann der Verdichter in zwei Sektoren unterteilt werden, nämlich dem ersten Sektor vom Verdichtereinlass zu der Verdichterstufe, welcher dieses Paar an drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor zugeordnet ist, sowie einem Sektor von diesem Paar an drittem Temperatursensor und Drucksensor bis zum Verdichterauslass.
  • Ebenfalls ist auch denkbar, dass eine Mehrzahl an Paaren von drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor vorgesehen sind. In diesem Fall kann der Strömungspfad des Verdichters in eine größere Anzahl an Verdichtersektoren unterteilt werden.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass aufgrund der Messwerte entweder eine erste Zustandsgröße berechnet werden kann für einen Bereich zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der weiteren Verdichterstufe, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist, oder einer zweiten Zustandsgröße, welche für eine Bereich zwischen der Verdichterstufe am Verdichterauslass und der weiteren Verdichterstufe berechnet wird, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass angeordnet ist. Folglich kann der Strömungspfad des Verdichters also wenigstens in zwei Sektoren unterteilt werden, für welche jeweils eine geeignete Zustandsgröße bestimmt werden kann. Diese erlauben wiederum Rückschlüsse auf den Verdichterzustand in den jeweiligen Sektoren.
  • Sinkt nun etwa infolge einer Verschmutzung bzw. Beschädigung einzelner Schaufeln des Verdichters der Gesamtwirkungsgrad der Maschine ab, kann durch Betrachtung der einzelnen Zustandsgrößen bestimmt werden, welcher Sektor die Verschmutzung maßgeblich verursacht. Insofern kann beispielsweise die jeweils bestimmte Zustandsgröße etwa der Sektorwirkungsgrad sein, der zum Gesamtwirkungsgrad des Verdichters beiträgt. Damit könnte der Betreiber ebenfalls geeignete Kennzahlen bestimmen, anhand deren er Leistungs- bzw. Wirkungsgradverluste durch Verschmutzung oder auch Alterung des Verdichters bewerten kann. Derartige Kennzahlen können beispielsweise auch in der Leittechnik der Strömungsmaschine Eingang finden, um etwa den Verdichter sicher und kontrolliert innerhalb eines Inspektionsintervalls zu betreiben, wobei eine Leistungsabsenkung etwa aufgrund der erhöhten Verschmutzung vorgenommen werden muss.
  • Die Zustandsgröße, welche erfindungsgemäß bestimmt wird, erlaubt also eine sektorenspezifische Analyse des Alterungs- bzw. Verschmutzungszustandes und ermöglicht insofern gezielte Maßnahmen für den Betreiber vorzunehmen. Ist etwa der Verdichter im Bereich des ersten Sektors nach dem Verdichtereinlass stark verschmutzt, kann eine Online-Reinigung mittels flüssigen Wassers angebracht sein. Zeigt sich jedoch, dass der Verdichter im Bereich der hinteren Verdichterstufen, etwa kurz vor dem Verdichterauslass, verschmutzt ist, ist möglicherweise eine Offline-Wartung und Offline-Reinigung vorzunehmen. Erfindungsgemäß ist es also möglich, Veränderungen einzelner Bereiche des Verdichters, frühzeitig zu erkennen, um geeignete Wartungs- und Reinigungsmaßnahmen einleiten zu können. Infolgedessen können die Wartungsmaßnahmen bzw. Reinigungsmaßnahmen nicht nur gezielt vorgenommen werden, sondern auch dann, wenn nach vorbestimmten Kriterien eines Verdichtersektors die Wartung bzw. die Reinigung nicht mehr zeitlich hinten anstehen sollte. Infolgedessen lassen sich Kosten für Stillstände und Reparaturen verringern. Zusätzlich kann auch die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit der Strömungsmaschine verbessert werden.
  • Wird die berechnete Zustandsgröße etwa als Wirkungsgrad eines bestimmten Verdichtersektors bestimmt, kann auch aus der zeitlichen Veränderung der jeweils bestimmten Zustandsgröße geschlossen werden, ob die Veränderung aus Alterungs-, Verschmutzungs- oder Beschädigungsgründen erfolgt ist. Tritt etwa plötzlich in einem Sektor eine deutliche Veränderung der Zustandsgröße auf, ist mit einer Beschädigung einer Schaufel in diesem Sektor zu rechnen. Betrachtet man hingegen den Gesamtwirkungsgrad des Verdichters, mag die Zustandsgrößenänderung jedoch keine signifikante Änderung des Gesamtwirkungsgrades bewirken. Folglich wird die Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit der Verdichterüberwachung deutlich verbessert, da diese nun sektorspezifisch erfolgen kann. Dies wiederum mag dazu führen, dass Wartungen nunmehr nach Erfordernis vorgenommen werden, wodurch auch die Wartungskosten gesenkt werden können.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsmaschine eine Gasturbine, insbesondere eine stationäre Gasturbine ist. Bei derartigen Gasturbinen werden hohe Massenströme umgesetzt, so dass das Problem der Verschmutzung bzw. Alterung der Schaufeln dort besonders problematisch ist.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl an Paaren von dritten Temperatursensoren und dritten Drucksensoren umfasst ist, welche entsprechend zur Messung der Temperatur und des Druckes im Bereich jeweils unterschiedlicher Verdichterstufen ausgebildet sind, wobei die Auswerteeinheit wenigstens eine dritte Zustandsgröße unter Benutzung einiger oder aller der Messwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand beschreibt zwischen zwei Verdichterstufen, welchen jeweils ein Paar von drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor zugeordnet ist. Wie bereits oben ausgeführt, kann also der Verdichter der Strömungsmaschine durch die Mehrzahl an Paaren von drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor, in eine Vielzahl an Verdichtersektoren unterteilt werden, die etwa in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums aufeinander folgen können. Für die jeweiligen Verdichtersektoren kann ausführungsgemäß jeweils eine Zustandsgröße bestimmt werden, die den Verdichterzustand in dem jeweils betrachteten Verdichtersektor beschreiben kann. Insofern kann der Verdichterzustand über mehrere Verdichtersektoren hinweg aufgelöst werden, um so Änderungen in den jeweils bestimmten Verdichtersektoren erfassen zu können.
  • Weiterhin kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Anzahl an Abblasleitungen vom Verdichter umfasst ist, welche einzelnen Verdichterstufen zugeordnet sind, und Paare von dritten Temperatursensoren und dritten Drucksensoren im Bereich der Abblasleitungen vorgesehen sind. Eine örtliche Anordnung im Bereich der Abblasleitungen umfasst hierbei eine Anordnung in den Abblasleitungen selbst, wie auch strömungstechnisch noch vor Eintritt in die Abblasleitungen in der betreffenden Verdichterstufe selbst. Ebenfalls können die jeweiligen Paare von Temperatursensor und Drucksensor auch in einem Plenum angeordnet sein, in welches die jeweilige Abblasleitung mündet, um etwa das Entnahmefluid aus dem Verdichter anzustauen. Die Abblasleitungen stellen hierbei geeignete Sensororte dar, in welchen die jeweiligen Sensoren leicht installiert werden können. Insbesondere in den Abblasleitungen selbst, wie auch in einem nachfolgenden Plenum, können hierbei die Temperaturwerte bzw. Druckwerte ausreichend genau erfasst werden, um die erforderlichen Zustandsgrößen zu bestimmen. Zudem kann auch eine nachträgliche Anbringung dieser Paare an Temperatursensor und Drucksensor im Rahmen einer Nachrüstmaßnahme an diesen Stellen besonders leicht vorgenommen werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Sensoren aus den Paaren von erstem Temperaturensor und erstem Drucksensor, oder von zweitem Temperatursensor und zweitem Drucksensor, sowie drittem Temperatursensor und drittem Drucksensor redundant ausgeführt ist. Eine redundante Ausführung umfasst hierbei eine Verdoppelung, Verdreifachung usw. eines jeweiligen Sensors. Folglich ist eine sichere und weitgehend sichere und fehlerfreie Erfassung der Temperatur und/oder Druckwerte möglich.
  • Entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine kann die wenigstens eine Zustandsgröße durch einen Vergleich der Messwerte eines vorbestimmten Sensors mit zeitlich vorangehenden und abgespeicherten Messwerten desselben Sensors ermittelt werden. Ein entsprechender zeitlicher Vergleich kann auch für die jeweilige Zustandsgröße selbst vorgenommen werden. Ein solcher Vergleich kann etwa durch eine gewichtete oder auch ungewichtete Differenzbildung mathematisch erfolgen. Die ausführungsgemäße wenigstens eine Zustandsgröße kann hierbei identisch sein mit der ersten Zustandsgröße, der zweiten Zustandsgröße oder auch der dritten Zustandsgröße.
  • Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Zustandsgröße durch einen Vergleich einer mathematischen Funktion der Messwerte eines Paares an Sensoren mit zeitlich vorangehenden und abgespeicherten Werten derselben Funktion und desselben Paares an Sensoren ermittelt wird. Eine solche Funktion kann etwa auch noch weitere thermodynamische Parameter, wie etwa die Leistung oder ähnliches beinhalten, um die bezeichnete Zustandsgröße berechnen zu können. Ganz besonders bevorzugt sind die jeweiligen Zustandsgrößen Wirkungsgrad oder Verdichterleistung. Demgemäß kann jedem Verdichtersektor ein eigener spezifischer Wirkungsgrad bzw. eine eigene Verdichterleistung zugeordnet werden, welche auch zeitlich vergleichend betrachtet werden kann. Bei zeitlichen Veränderungen dieser Zustandsgrößen werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die vorgesehenen Temperatursensoren etwa als Thermoelemente ausgebildet sein können, bzw. die Drucksensoren als analoge Druckmessumformer.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail näher beschrieben werden. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Bauteile, gleiche technische Wirkung aufweisen sollen.
  • Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgenden Figuren lediglich schematisch zu verstehen sind, und keinerlei Einschränkung hinsichtlich der Ausführbarkeit zur Folge haben.
  • Ferner ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale in beliebiger Kombination miteinander beansprucht werden, soweit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch diese Kombination gelöst werden kann.
  • Hierbei zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine, welche als Gasturbine ausgebildet ist;
    FIG 2
    eine diagrammatische Darstellung des Verlaufs des relativen Verdichterdrucks verschiedener Verdichtersektoren im Vergleich zwischen unverschmutztem und verschmutztem Verdichter;
    FIG 3
    eine flussdiagrammatische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • FIG 1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1, welche als Gasturbine ausgebildet ist. Die Strömungsmaschine 1 weist einen Verdichter 10 auf, welcher insgesamt 17 Verdichterstufen 11 aufweist. Hierbei sind lediglich die ersten drei Verdichterstufen 11 mit Bezugszeichen versehen. Die Verdichterstufen 11 wiederum werden durch eine Leitschaufelreihe 15, wie eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe 16 gebildet.
  • Bei Betrieb der Strömungsmaschine 1 wird Verdichterfluid, typischerweise Verdichterluft, über einen Ansaugabschnitt (nicht mit Bezugszeichen versehen) zum Verdichtereinlass 21 befördert. Der Verdichtereinlass 21 ist im Bereich der strömungstechnisch ersten Verdichterstufe 11 angeordnet. Nach kontinuierlicher zunehmender Verdichtung des Arbeitsmediums über die einzelnen Verdichterstufen 11 hinweg, tritt das Verdichtermedium im Bereich des Verdichterauslasses 22 in ein nicht weiter mit Bezugszeichen versehenes Plenum aus, um von dort einen ebenfalls nicht weiter mit Bezugszeichen versehenen Brenner mit dem verdichteten Medium zu beschicken.
  • Die Strömungsmaschine umfasst neben einem Paar von erstem Temperatursensor 31 und erstem Drucksensor 32 im Bereich des Verdichtereinlasses 21 ebenfalls ein Paar von zweiten Temperatursensor 41 und zweitem Drucksensor 42 im Bereich des Verdichterauslasses 22. Dazwischen sind, jeweils einzelnen Verdichterstufen 11 drei Paare von drittem Temperatursensor 51 und drittem Drucksensor 52 zugeordnet. Hierbei ist das erste Paar von drittem Temperatursensor 51 und drittem Drucksensor 52 im Bereich der sechsten Verdichterstufe 11 vorgesehen, dass zweite Paar im Bereich der zehnten Verdichterstufe 11 und das dritte Paar im Bereich der vierzehnten Verdichterstufe 11. Diese örtliche Anordnung der drei Paare an drittem Temperatursensor 51 und drittem Drucksensor 52 definiert hierbei zusammen mit den ersten beiden Paaren von Temperatursensor 31, 41 und Drucksensor 32, 42 insgesamt vier Verdichtersektoren, welche strömungstechnisch nacheinander angeordnet sind. Diese vier Verdichtersektoren sind mit S1, S2, S3 und S4 bezeichnet.
  • Um die Anbringung der Paare an drittem Temperatursensor 51 und drittem Drucksensor 52 gezielt bzw. vereinfacht vorzunehmen, sind diese vorliegend im Bereich von Abblasleitungen 53 angebracht. Die Abblasleitungen 53 erlauben hierbei die Entnahme von verdichtetem Arbeitsmedium an der jeweils zugeordneten Verdichterstufe 11, wobei dieses in ein nachfolgendes nicht weiter mit Bezugszeichen versehenes Plenum zu überführen. Aus diesem Plenum wiederum kann das verdichtete Arbeitsmedium entnommen werden und über geeignete mit Ventilen versehene Sekundärmediumsleitungen 61, 62 und 63 der Turbine der Strömungsmaschine 1 zugeleitet werden. Diese Zuleitung dient etwa der Versorgung zu Kühlzwecken.
  • Die Messwerte der jeweiligen Temperaturensensoren 31, 41, 51 bzw. der Drucksensoren 32, 42, 52 werden an eine Auswerteeinheit 60 überführt, welche dazu ausgebildet ist, eine Zustandsgröße zu berechnen, die den Verdichterzustand im Bereich eines Verdichtersektors S1, S2, S3, S4 beschreiben kann. Hierbei kann etwa für die Berechnung der etwa dem Verdichtersektor S1 zugeordneten Zustandsgröße aufgrund der Messwerte von erstem Temperatursensor 31, erstem Drucksensor 32, zweitem Temperatursensor 41, zweitem Drucksensor 42, und dem, strömungstechnisch ersten Paar an drittem Temperatursensor 51 und drittem Drucksensor 52 berechnet werden. Gleichermaßen können vergleichbare Zustandsgrößen für die jeweils anderen Sektoren S2, S3 oder S4 berechnet werden. Ebenfalls können geeignete Zustandsgrößen berechnet werden, für jede beliebige Kombination an einander angrenzenden Verdichtersektoren S1, S2, S3 und S4. So kann insbesondere eine Zustandsgröße berechnet werden, für die Kombination der Verdichtersektoren S1 und S2 wie auch eine Zustandsgröße für die Kombination der Verdichtersektoren S3 und S4. Die Berechnung von Zustandsgrößen C1, C2 derartig kombinierter Verdichtersektoren S1, S2, S3 und S4 erlaubt somit eine gezieltere Erfassung von Veränderungen des Verdichterzustandes.
  • Die in der Auswerteeinheit 60 berechneten Zustandsgrößen C1, C2 können für weitergehende Analysen bzw. Verfahrensschritte bereitgestellt werden.
  • FIG 2 zeigt eine diagrammatische Darstellung der Veränderung des Verdichterdruckverhältnisses (Y-Achse) verschiedener Verdichtersektoren S1, S2, S3, S4, in Abhängigkeit unterschiedlicher Leistungen (X-Achse), welche durch die Strömungsmaschine abgegeben werden. Das Verdichterdruckverhältnis betrifft das Verhältnis von Ausgangsdruck zu Verdichterenddruck in Bezug auf einen definierten Verdichtersektor S1, S2, S3, S4. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die Strömungsmaschine 1 wiederum als Gasturbine ausgebildet ist, etwa wie in der vorhergehenden FIG 1 gezeigt. Das Verdichterdruckverhältnis ist in beliebigen Einheiten gehalten und zeigt die Änderung des Verdichterdruckverhältnisses für den ersten Verdichtersektor S1, den zweiten Verdichtersektor S2, den dritten Verdichtersektor S3, sowie den vierten Verdichtersektor S4. Die vorliegend gezeigten durchgehenden Linien beschreiben ein Verdichterdruckverhältnis bei unbeschädigtem und unverschmutztem Verdichter. Im Gegensatz hierzu, zeigen die gestrichelten Linien die jeweiligen Verdichterdruckverhältnisse bei Verschmutzung des Verdichters 10.
  • Wie anhand der Darstellung leicht zu erkennen ist, liegen die Verdichterdruckverhältnisse bei dem Sektor S4 für die verschmutzte bzw. zu dem beschädigten Verdichter 10 deutlich unter denen eines unbeschädigten bzw. unverschmutzten Verdichters 10. Insbesondere tragen die Verdichterstufen 11 der jeweils beiden Verdichtersektoren S1 und S2 verhältnismäßig mehr zur Gesamtverdichtung bei, als im unbeschädigten bzw. unverschmutzten Zustand. Berücksichtigt man, dass für die nachfolgenden Stufen das Verdichterdruckverhältnis für die Sektoren S3 und S4 des unverschmutzten bzw. unbeschädigten Verdichters verhältnismäßig näher an dem Verlauf für den beschädigten bzw. verschmutzten Verdichter 10 für die bezeichneten Verdichtersektoren S3 und S4 liegen, kann geschlossen werden, dass eine Verschmutzung bzw. Beschädigung im Bereich des dritten bzw. vierten Verdichtersektors S3 bzw. S4 vorliegen muss. Handelt es sich etwa um eine Verschmutzung, wäre folglich eine Wartung zum Ausführen einer Offline-Reinigungsprozedur vorzunehmen. Im Falle einer Beschädigung müsste natürlich eine entsprechende Ersetzung der fehlerhaften Bauteile vorgenommen werden.
  • FIG 3 zeigt eine flussdiagrammatische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Strömungsmaschine wie vorab dargestellt. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • Messung der Temperatur T1 und des Druckes P1 im Bereich des Verdichtereinlasses 21 (erster Verfahrensschritt 101);
    • Messung der Temperatur T2 und des Druckes P2 im Bereich des Verdichterauslasses 22 (zweiter Verfahrensschritt 102);
    • Messung der Temperatur T3 und des Druckes P3 im Bereich einer Verdichterstufe 11, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass 21 und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass 22 angeordnet ist (dritter Verfahrensschritt 103);
    • Berechnen einer ersten Zustandsgröße C1, welche einen Verdichterzustand zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass 21 und der weiteren Verdichterstufe 11 beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass 21 und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass 22 angeordnet ist (vierter Verfahrensschritt 104); und/oder
    • Berechnen einer zweiten Zustandsgröße C2, welche einen zweiten Verdichterzustand zwischen der weiteren Verdichterstufe 11 beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass 21 und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass 22 angeordnet ist, und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass 22 (fünfter Verfahrensschritt 105).
  • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Claims (9)

  1. Strömungsmaschine (1) umfassend einen Verdichter (10), welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen (11) aufweist, die eine Leitschaufelreihe (15) und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe (16) umfassen, und welcher Verdichter (10) ebenfalls einen Verdichtereinlass (21) und einen Verdichterauslass (22) hat, wobei weiterhin ein Paar von erstem Temperatursensor (31) und erstem Drucksensor (32) umfasst ist, welches entsprechend zur Messung der Temperatur (T1) und des Druckes (P1) im Bereich des Verdichtereinlasses (21) ausgebildet ist, und wobei weiterhin ein Paar von zweitem Temperatursensor (41) und zweitem Drucksensor (42) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T2) und des Druckes (P2) im Bereich des Verdichterauslasses (22) ausgebildet ist, und wobei wenigstens ein Paar von drittem Temperatursensor (51) und drittem Drucksensor (52) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T3) und des Druckes (P3) im Bereich einer Verdichterstufe (11) ausgebildet ist, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist, und wobei zusätzlich eine Auswerteeinheit (60) umfasst ist, welche die Messwerte der Temperatursensoren (31, 41, 51) und die Messwerte der Drucksensoren (32, 42, 52) aufnimmt und wenigstens eine erste Zustandsgröße (C1) unter Benutzung einiger oder aller der Messerwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand im Bereich zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der weiteren Verdichterstufe (11) beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist.
  2. Strömungsmaschine (1) umfassend einen Verdichter (10), welcher eine Mehrzahl an Verdichterstufen (11) aufweist, die eine Leitschaufelreihe (15) und eine strömungstechnisch unmittelbar nachfolgende Laufschaufelreihe (16) umfassen, und welcher Verdichter (10) ebenfalls einen Verdichtereinlass (21) und einen Verdichterauslass (22) hat, wobei weiterhin ein Paar von erstem Temperatursensor (31) und erstem Drucksensor (32) umfasst ist, welches entsprechend zur Messung der Temperatur (T1) und des Druckes (P1) im Bereich des Verdichtereinlasses (21) ausgebildet ist, und wobei weiterhin ein Paar von zweitem Temperatursensor (41) und zweitem Drucksensor (42) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T2) und des Druckes (P2) im Bereich des Verdichterauslasses (22) ausgebildet ist, und wobei wenigstens ein Paar von drittem Temperatursensor (51) und drittem Drucksensor (52) umfasst ist, das entsprechend zur Messung der Temperatur (T3) und des Druckes (P3) im Bereich einer Verdichterstufe (11) ausgebildet ist, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist, und wobei zusätzlich eine Auswerteeinheit (60) umfasst ist, welche die Messwerte der Temperatursensoren (31, 41, 51) und die Messwerte der Drucksensoren (32, 42, 52) aufnimmt und wenigstens einer zweiten Zustandsgröße (C2) unter Benutzung einiger oder aller der Messerwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand im Bereich zwischen der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) und der weiteren Verdichterstufe (11) beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (1) eine Gasturbine, insbesondere eine stationäre Gasturbine ist.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Paaren von dritten Temperatursensoren (51) und dritten Drucksensoren (52) umfasst ist, welche entsprechend zur Messung der Temperatur (T3) und des Druckes (P3) im Bereich jeweils unterschiedlicher Verdichterstufen (11) ausgebildet sind, wobei die Auswerteeinheit (60) wenigstens eine dritte Zustandsgröße (C3) unter Benutzung einiger oder aller der Messerwerte berechnet, welche einen Verdichterzustand beschreibt zwischen zwei Verdichterstufen (11), welchen jeweils ein Paar von drittem Temperatursensor (51) und drittem Drucksensor (52) zugeordnet ist.
  5. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an Abblasleitungen (33, 43, 53) umfasst ist, welche einzelnen Verdichterstufen zugeordnet sind, und Paare von dritten Temperatursensoren (51) und dritten Drucksensoren (52) im Bereich der Abblasleitungen (33, 43, 53) vorgesehen sind.
  6. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Sensoren aus den Paaren von erstem Temperatursensor (31) und erstem Drucksensor (32), zweitem Temperatursensor (41) und zweitem Drucksensor (42), sowie drittem Temperatursensor (51) und drittem Drucksensor (52) redundant ausgeführt ist.
  7. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße (C1, C2, C3) durch einen Vergleich der Messwerte eines vorbestimmten Sensors (31, 32, 41, 42, 51, 52) mit zeitlich vorangehenden und abgespeicherten Messwerten desselben Sensors (31, 32, 41, 42, 51, 52) ermittelt wird.
  8. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße (C1, C2, C3) durch einen Vergleich einer mathematischen Funktion der Messwerte eines Paares an Sensoren (31, 32; 41, 42; 51, 52) mit zeitlich vorangehenden und abgespeicherten Werten derselben Funktion und desselben Paares an Sensoren (31, 32; 41, 42; 51, 52) ermittelt wird.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte:
    - Messung der Temperatur (T1) und des Druckes (P1) im Bereich des Verdichtereinlasses (21);
    - Messung der Temperatur (T2) und des Druckes (P2) im Bereich des Verdichterauslasses (22);
    - Messung der Temperatur (T3) und des Druckes (P3) im Bereich einer Verdichterstufe (11), die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist;
    - Berechnen einer ersten Zustandsgröße (C1), welche einen Verdichterzustand zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der weiteren Verdichterstufe (11) beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist; und/oder
    - Berechnen einer zweiten Zustandsgröße (C2), welche einen zweiten Verdichterzustand zwischen der weiteren Verdichterstufe (11) beschreibt, die zwischen der ersten Verdichterstufe am Verdichtereinlass (21) und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22) angeordnet ist, und der letzten Verdichterstufe am Verdichterauslass (22).
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