EP3418502A1 - Verfahren zur überprüfung einer strömungsmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for checking a turbomachine and a system for carrying out the method for checking a turbomachine.
- the invention relates to a method for checking a turbomachine, in particular a steam turbine.
- the invention relates to a system for carrying out a method for checking a turbomachine, in particular a steam turbine.
- Turbomachines such as steam turbines are now operated individually after their commissioning.
- the steam turbines are exposed to different loads and often experience different temperature cycles, which have an effect on the service life.
- a steam turbine is essentially a turbomachine in which the thermal energy of a steam is converted into rotational energy of a rotor.
- the physical quantities of the steam such as the pressure and the temperature, are measured and stored as operating data.
- Other physical variables such as rotation frequency, controller output, housing temperatures, etc. are also determined and stored as operating data and sent to the control center for processing.
- a steam turbine is usually designed for long-term operation. However, a mode of operation in which the steam turbine is repeatedly heated and cooled leads to a shortening of the service life. The state of the steam turbine should therefore be determined.
- the calculation of the equivalent operating hours covers the operating hours from the load operation and an operating hours component to take account of startup and shutdown.
- the object of the invention is to provide a method in which the condition of a turbomachine can be checked.
- a method for checking a turbomachine wherein in a first phase, a first operating variable and a second operating variable of the turbomachine are measured and each value of the first operating variable is assigned and stored a value of the second operating variable, wherein each value of the first operating variable an upper maximum value of the second operating variable and a lower minimum value of the second operating variable is determined, wherein in a second phase following the first phase, the first operating variable and second operating variable are determined and a message is generated when the value of the second operating variable falls below the lower value or exceeds the upper value.
- the invention is based on the approach that there is a relationship between two operating variables, in this case a first operating variable and a second operating variable, which is initially determined in the original state or otherwise undisturbed state.
- the relationship between the first operating variable and the second operating variable a confidence band is determined in which the second operating variable is assigned a maximum and a minimum value. This determination takes place at an early undisturbed stage of the system.
- the first operational size and the second operational size are determined, and as soon as the first operational size leaves the confidence band, a message is generated because it is based on the assumption of a malfunction of the system.
- the first phase is carried out during commissioning. It is important that the first phase is carried out in an undisturbed system. Therefore, it is expedient if the first phase takes place during startup. This defines an undisturbed initial state.
- the turbomachine is advantageously designed as a steam turbine.
- the steam turbine has a sealing steam system with a barrier vapor regulator and the controller output of the sealing steam regulator is used as the first operating variable.
- the vapor pressure can be used as the first operating variable.
- the steam turbine has a arranged in a common outer housing high-pressure and medium-pressure turbine section, the pressure of the exhaust steam of this medium-pressure turbine part used and used as a second operating variable.
- steam turbine in the original state or initial state a relationship between the high-pressure Radraumtik or medium-pressure Abdampftik and the regulator output of the sealing steam regulator or the sealing vapor pressure produced.
- the sealing vapor pressure is used to block the seals to oppose an external pressure.
- a change in the turbine game has the consequence that the relation between the pressure in the sealing steam system and the turbine pressure changes.
- a game change can be done for example by the displacement of the rotor and the associated larger opening at the sealing tips.
- the proposal is made to carry out a footprint measurement after completed commissioning, in which a relationship is established between a first operating variable and a second operating variable. Furthermore, an associated confidence band is generated from different approaches. In this confidence band, an upper maximum value and a lower minimum value of the second operating variable are determined.
- a post-commissioning phase which may be referred to as an operating phase, the data obtained during start-up is compared with data determined continuously during the operating phase. If the operational data then falls out of the confidence range, this can be considered as an indication of a game change and thus as an indication that the shaft seal must be reprocessed at the next revision.
- the invention relates to a method for checking a steam turbine.
- a steam turbine as an embodiment of a turbomachine essentially has an outer housing and a rotor rotatably mounted within the outer housing. As a rule, an inner housing is arranged around the rotor. Steam turbines used in steam power plants usually have a high-pressure turbine section, a medium-pressure turbine section and a low-pressure turbine section. There are embodiments in which a high-pressure and a medium-pressure turbine part are arranged within a common housing.
- a first operating variable and a second operating variable of the steam turbine are measured in a first phase, which takes place during commissioning.
- Each value of the first operating variable is assigned a value of the second operating variable.
- the data thus determined which are also referred to as a footprint, are stored.
- an upper maximum value of the second operating variable and a lower minimum value of the second operating variable are determined for each value of the first operating variable. This is also called Confidence Band.
- the first operating variable and the second operating variable are continuously determined, which can be done by a measurement.
- the values thus determined are compared with each other and as soon as the value of the second operating variable falls below the lower value or exceeds the upper value, a message is generated.
- the figure shows the relationship between a first operating variable 1 and a second operating variable 2.
- On the X-axis is the first operating variable 1 of the regulator output of the stop steam regulator listed.
- the first operating quantity 1 of the sealing vapor pressure can be used.
- the controller output of the controller is indicated in percent on the X-axis. Accordingly, the interval between 0% and 100% is specified for the controller output.
- a second operating variable 2 corresponding to the first operating variable 1 is listed, namely the high-pressure wheel-space pressure.
- the pressure of the exhaust steam of the medium-pressure turbine part can be used.
- the curve 3 shows the relationship between the first operating variable 1 and the second operating variable 2.
- the operating quantity 1 and the operating quantity 2 are measured, and if the second operating variable 2 is above the upper maximum value 5 or below the lower minimum value 4, a message is generated. With the message, an indication is given of a change in the shaft seal clearance and thus an indication that the sealing clearance should be checked as soon as possible, for example, to prevent tarnishing.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Dampfturbine, wobei eine erste Betriebsgröße (1) und eine zweite Betriebsgröße (2) ermittelt werden, wobei ein Zusammenhang zwischen der ersten (1) und zweiten (2) Betriebsgröße herrscht und ein Konfidenzband mit einem oberen Maximalwert (5) und einem unteren Minimalwert (4) erstellt wird, wobei eine Meldung generiert wird, sofern während des Betriebs die zweite Betriebsgröße (2) außerhalb des Konfidenzbands liegt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Strömungsmaschine und ein System zur Durchführung des Verfahrens zur Überprüfung einer Strömungsmaschine.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine.
- Desweiteren betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung eines Verfahrens zur Überprüfung einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine.
- Strömungsmaschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen werden heutzutage nach deren Inbetriebsetzung individuell betrieben. Dabei werden die Dampfturbinen unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt und erfahren oftmals verschiedene Temperaturzyklen, die einen Einfluss auf die Lebensdauer haben.
- Eine Dampfturbine ist im Wesentlichen eine Strömungsmaschine, bei der die thermische Energie eines Dampfes in Rotationsenergie eines Rotors umgewandelt wird. Die physikalischen Größen des Dampfes, wie beispielsweise der Druck und die Temperatur werden hierbei gemessen und als Betriebsdaten abgespeichert. Weitere physikalische Größen wie beispielsweise Rotationsfrequenz, Reglerausgang, Gehäusetemperaturen usw. werden ebenfalls ermittelt und als Betriebsdaten abgespeichert und zur Verarbeitung an die Leitzentrale geleitet.
- Eine Dampfturbine wird in der Regel für einen langanhaltenden Betrieb ausgelegt. Allerdings führt eine Betriebsweise, bei der die Dampfturbine mehrfach erwärmt und abgekühlt wird zu einer Verkürzung der Lebensdauer. Der Zustand der Dampfturbine sollte daher ermittelt werden.
- Dazu werden heutzutage die Zustandsbewertungen auf Grundlage von vorgegebenen Prüfumfängen bei planmäßigen Revisionen durchgeführt. Anhand von äquivalenten Betriebsstunden, die vorgegeben sind, werden Revisionsintervalle durchgeführt, bei denen der Zustand der Dampfturbine überprüft wird.
- Die Berechnung der äquivalenten Betriebsstunden erfasst die Betriebsstunden aus dem Lastbetrieb und einem Betriebsstundenanteil zur Berücksichtigung von An- und Abfahren.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem der Zustand einer Strömungsmaschine überprüft werden kann.
- Gelöst wird dies durch ein Verfahren zur Überprüfung einer Strömungsmaschine, wobei in einer ersten Phase eine erste Betriebsgröße und eine zweite Betriebsgröße der Strömungsmaschine gemessen werden und jedem Wert der ersten Betriebsgröße ein Wert der zweiten Betriebsgröße zugeordnet und gespeichert wird, wobei zu jedem Wert der ersten Betriebsgröße ein oberer Maximalwert der zweiten Betriebsgröße und ein unterer Minimalwert der zweiten Betriebsgröße ermittelt wird, wobei in einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase die erste Betriebsgröße und zweite Betriebsgröße ermittelt werden und eine Meldung generiert wird, wenn der Wert der zweiten Betriebsgröße den unteren Wert unterschreitet oder den oberen Wert überschreitet.
- Die Erfindung geht von dem Ansatz aus, dass zwischen zwei Betriebsgrößen, hier einer ersten Betriebsgröße und einer zweiten Betriebsgröße ein Zusammenhang herrscht, der im Originalzustand oder anders formuliert ungestörten Zustand zunächst ermittelt wird. Dem Zusammenhang zwischen der ersten Betriebsgröße und der zweiten Betriebsgröße wird ein Konfidenzband ermittelt, bei dem der zweiten Betriebsgröße ein Maximal- und ein Minimalwert zugeordnet wird. Diese Ermittlung erfolgt in einem frühen ungestörten Stadium des Systems. In einem späteren Stadium während der eigentlichen Betriebsphase werden die erste Betriebsgröße und die zweite Betriebsgröße ermittelt und sobald die erste Betriebsgröße das Konfidenzband verlässt, wird eine Meldung generiert, da die Annahme einer Störung des Systems zugrundeliegt.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung wird die erste Phase während der Inbetriebsetzung durchgeführt. Wichtig ist, dass die erste Phase in einem ungestörten System durchgeführt wird. Daher ist es zweckdienlich, wenn die erste Phase während der Inbetriebsetzung erfolgt. Damit wird ein ungestörter Anfangszustand definiert.
- Die Strömungsmaschine ist hierbei vorteilhafterweise als Dampfturbine ausgebildet.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Dampfturbine ein Sperrdampfsystem mit einem Sperrdampfregler auf und als erste Betriebsgröße wird der Reglerausgang des Sperrdampfreglers verwendet.
- Alternativ hierzu kann als erste Betriebsgröße der Dampfdruck verwendet werden.
- Zwischen dem Reglerausgang des Sperrdampfreglers bzw. Sperrdampfdrucks und des Hochdruck-Radraumdruck einer Hochdruck-Teilturbine herrscht ein physikalisch-technischer Zusammenhang, wobei der Hochdruck-Radraumdruck als zweite Betriebsgröße verwendet wird.
- Alternativ hierzu kann, sofern die Dampfturbine eine in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnete Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine aufweist, der Druck des Abdampfes dieser Mitteldruck-Teilturbine verwendet und als zweite Betriebsgröße eingesetzt werden. Somit wird ein Zusammenhang zwischen einer ersten Betriebsgröße und einer zweiten Betriebsgröße hergestellt. Dadurch wird in einem System, hier Dampfturbine im Originalzustand bzw. Anfangszustand ein Zusammenhang zwischen dem Hochdruck-Radraumdruck bzw. Mitteldruck-Abdampfdruck und dem Reglerausgang des Sperrdampfreglers bzw. dem Sperrdampfdruck hergestellt. Der Sperrdampfdruck wird zur Sperrung an den Dichtungen eingesetzt, um einem Außendruck entgegengesetzt zu werden. Eine Änderung im Turbinenspiel hat zur Folge, dass sich die Relation zwischen dem Druck im Sperrdampfsystem und dem Turbinendruck ändert. Eine Spielveränderung kann beispielsweise durch die Verlagerung des Rotors und der damit verbundenen größeren Öffnung an den Dichtspitzen erfolgen.
- Somit liegt erfindungsgemäß der Vorschlag vor, nach einer abgeschlossenen Inbetriebsetzung eine Footprintmessung durchzuführen, bei der ein Zusammenhang zwischen einer ersten Betriebsgröße und einer zweiten Betriebsgröße hergestellt wird. Desweiteren wird ein zugehöriges Konfidenzband aus verschiedenen Anfahrten generiert. Bei diesem Konfidenzband wird ein oberer Maximalwert und ein unterer Minimalwert der zweiten Betriebsgröße ermittelt. In einer nach der Inbetriebsetzung erfolgten späteren Phase, die als Betriebsphase bezeichnet werden kann, werden die während der Inbetriebsetzung ermittelten Daten mit kontinuierlich während der Betriebsphase ermittelten Daten abgeglichen. Wenn die Betriebsdaten dann aus dem Konfidenzbereich herausfallen, kann dies als ein Hinweis auf eine Spielveränderung und damit als ein Anhaltspunkt betrachtet werden, dass die Wellendichtung bei der nächsten Revision nachverarbeitet werden müssen.
- Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
- Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterungen dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt.
- Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren, wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
- Es zeigt:
- die Figur
- einen Zusammenhang zwischen einer ersten Betriebsgröße und einer zweiten Betriebsgröße.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Dampfturbine.
- Eine Dampfturbine als Ausführungsform einer Strömungsmaschine weist im Wesentlichen ein Außengehäuse und ein innerhalb des Außengehäuses drehbar gelagerten Rotor auf. In der Regel ist um den Rotor ein Innengehäuse angeordnet. In Dampfkraftwerken eingesetzte Dampfturbinen weisen in der Regel eine Hochdruck-Teilturbine, eine Mitteldruck-Teilturbine und eine Niederdruck-Teilturbine auf. Es gibt Ausführungsformen, bei denen innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses eine Hochdruck- und eine Mitteldruck-Teilturbine angeordnet sind.
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung der Dampfturbine wird in einer ersten Phase, die während der Inbetriebsetzung stattfindet, eine erste Betriebsgröße und eine zweite Betriebsgröße der Dampfturbine gemessen. Jedem Wert der ersten Betriebsgröße wird ein Wert der zweiten Betriebsgröße zugeordnet. Die so ermittelten Daten, die auch als Footprint bezeichnet werden, werden abgespeichert.
- In einem weiteren Schritt werden zu jedem Wert der ersten Betriebsgröße ein oberer Maximalwert der zweiten Betriebsgröße und ein unterer Minimalwert der zweiten Betriebsgröße ermittelt. Dies wird auch als Konfidenzband bezeichnet.
- In einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase, die während der Betriebsphase erfolgt, werden die ersten Betriebsgröße und die zweite Betriebsgröße kontinuierlich ermittelt, wobei dies durch eine Messung erfolgen kann. Die so ermittelten Werte werden miteinander verglichen und sobald der Wert der zweiten Betriebsgröße den unteren Wert unterschreitet oder den oberen Wert überschreitet, wird eine Meldung generiert.
- Die Figur zeigt den Zusammenhang zwischen einer ersten Betriebsgröße 1 und einer zweiten Betriebsgröße 2. Auf der X-Achse ist als erste Betriebsgröße 1 der Reglerausgang des Sperrdampfreglers aufgeführt. Alternativ dazu kann als erste Betriebsgröße 1 der Sperrdampfdruck verwendet werden.
- In der in der Figur dargestellten Kurve 3 ist auf der X-Achse der Reglerausgang des Reglers in Prozent angegeben. Demnach ist das Intervall zwischen 0% und 100% für den Reglerausgang angegeben. Auf der Y-Achse ist eine zur ersten Betriebsgröße 1 korrespondierende zweite Betriebsgröße 2 aufgeführt und zwar der Hochdruck-Radraumdruck. Alternativ dazu kann für den Fall, dass die Dampfturbine eine in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnete Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine aufweist, der Druck des Abdampfes der Mitteldruck-Teilturbine verwendet werden. Die Kurve 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der ersten Betriebsgröße 1 und der zweiten Betriebsgröße 2.
- Desweiteren ist in der Figur beispielsweise für den Wert 50% der ersten Betriebsgröße 1 ein unterer Minimalwert 4 und ein oberer Maximalwert 5 angegeben. Somit wird die Kurve 3 sozusagen eingerahmt zwischen einem unteren Minimalwert 4 und einem oberen Maximalwert 5. Dies ist durch die gestrichelte Linie unterhalb der Kurve 3 und der gestrichelten Linie oberhalb der Kurve 3 dargestellt. Die gestrichelten Linien zeigen somit ein Konfidenzband.
- Während des Betriebs wird die Betriebsgröße 1 und die Betriebsgröße 2 gemessen und sofern die zweite Betriebsgröße 2 über dem oberen Maximalwert 5 oder unter dem unteren Minimalwert 4 liegt, wird eine Meldung generiert. Mit der Meldung wird ein Hinweise gegeben auf eine Veränderung des Wellendichtspiels und damit eine Indikation, dass das Dichtspiel nächstmöglichst überprüft werden sollte, um beispielsweise ein Anstreifen zu verhindern.
- Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Claims (12)
- Verfahren
zur Überprüfung einer Strömungsmaschine,
wobei in einer ersten Phase eine erste Betriebsgröße (1) und eine zweite Betriebsgröße (2) der Strömungsmaschine gemessen werden und jedem Wert der ersten Betriebsgröße (1) ein Wert der zweiten Betriebsgröße (2) zugeordnet und gespeichert wird,
wobei zu jedem Wert der ersten Betriebsgröße (1) ein oberer Maximalwert (5) der zweiten Betriebsgröße (2) und ein unterer Minimalwert (4) der zweiten Betriebsgröße (2) ermittelt wird,
wobei in einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase die erste Betriebsgröße (1) und zweite Betriebsgröße (2) ermittelt werden und
eine Meldung generiert wird, wenn der Wert der zweiten Betriebsgröße (2) den unteren Minimalwert (4) unterschreitet oder den oberen Maximalwert (5) überschreitet. - Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die erste Phase während der Inbetriebsetzung erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Strömungsmaschine als Dampfturbine ausgebildet ist. - Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die Dampfturbine ein Sperrdampfsystem mit einem Sperrdampfregler aufweist und als erste Betriebsgröße (1) der Reglerausgang (1) des Sperrdampfreglers verwendet wird. - Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die Dampfturbine ein Sperrdampfsystem mit einem Sperrdampfregler aufweist und als erste Betriebsgröße (1) der Sperrdampfdruck verwendet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei die Dampfturbine eine Hochdruck-Teilturbine aufweist und als zweite Betriebsgröße (2) der Hochdruck-Radraumdruck verwendet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei die Dampfturbine eine in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnete Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine aufweist und als zweite Betriebsgröße (2) der Druck des Abdampfes der Mitteldruck-Teilturbine verwendet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der obere Maximalwert (5) der zweiten Betriebsgröße (2) und der untere Minimalwert (4) der zweiten Betriebsgröße (2) in einem Konfidenzband gespeichert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei der obere Maximalwert (5) der zweiten Betriebsgröße (2) und der untere Minimalwert (4) der zweiten Betriebsgröße (2) aus verschiedenen Anfahrten der Strömungsmaschine ermittelt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei die zweite Phase während der Betriebsphase erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die in der zweiten Phase ermittelten Werte für die erste Betriebsgröße und zweite Betriebsgröße (2) durch Messung ermittelt werden. - System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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