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PROCEDIMIENTO E INSTALACIÓN DE UNA TURBINA DE VAPOR CON
RETIRO DE VAPOR
CAMPO DE LA INVENCIÓN 5 La invención se refiere a un procedimiento para la regulación de una turbina de vapor con toma de vapor. La invención se refiere también a un dispositivo de vapor para dicha turbina de vapor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN # 10 En el libro "Regulación de turbinas de vapor", de Adolf Brucher, segunda edición 1972, Kraftwerkunion AG, Mulheim/Ruhr, se describe en el capitulo "Hoja de ajuste de regulación en turbinas con toma controlada", desde la pág. 53 la regulación de una turbina de vapor con toma de vapor, 15 citada de manera concreta como turbina de salida. En una turbina de salida se desvia en un paso determinado vapor
• para objetivos de funcionamiento normales. En tanto que se trata de la utilización de precalentamientos de condensado o de agua de almacenamiento, únicamente se crea una unión 20 de la etapa considerada a este precalentamiento sin órgano de regulación. Aqui se trata de una toma llamada incontrolado o sangría. La presión de una sangría o extracción se determina por la cantidad de vapor que recorre la turbina. En contraposición a esto, pueden 25 presentarse la exigencia de tener a disposición vapor de
una presión determinada, totalmente igual, tan alta como la provisión del vapor de la turbina y con esto la potencia eléctrica. Estas exigencias pueden, entonces sin embargo únicamente cumplirse cuando se crea la posibilidad de un mantenimiento de presión. En este caso se trata en la turbina de vapor de una turbina de salida controlada. Por ejemplo, fluye vapor en una parte de alta presión de tal turbina de salida. En el extremo de la parte de alta presión fluye el vapor por una parte en un conducto de salida de vapor y por otra parte en una parte de baja presión de la turbina. El vapor que fluye a través de la parte de baja presión puede a continuación conducirse a un condensador o también a otro conducto de salida. En el último caso se habla entonces de una turbina de contrapresión de salida. Una turbina de salida también tiene la tarea de impulsar un generador, como también proveer el llamado vapor de proceso para tenerlo a disposición para fines de funcionamiento. Según sea la potencia eléctrica deseada o la cantidad de vapor de proceso deseada, se presenta con respecto a la regulación de la turbina de salida, diferentes tareas de funcionamiento. Estas están caracterizadas por una clase diferente de las magnitudes de regulación que se utilizan para la regulación. Las magnitudes de regulación pueden ser por ejemplo, una :'
cantidad de vapor de salida, una potencia dada de la turbina, un numero de revoluciones del eje de la turbina, una contrapresión en el vapor que fluye desde la turbina o una presión previa del vapor que fluye a la turbina. Una tarea de funcionamiento estarla con esto por ejemplo caracterizada por una regulación con respecto a la cantidad de vapor retirada y a la potencia. Otra tarea de funcionamiento estarla por ejemplo caracterizada por una regulación con respecto a la cantidad de vapor retirado y a
10 la contrapresión. Por la US 4 146 270 se conoce un dispositivo de regulación para una turbina de vapor con regulación del numero de revoluciones y de potencia doble por el lado de salida. Un regulador Fuzzy descrito en "regulación de
15 turbinas de vapor con lógica Fuzzy" R. Hampel, N. Chaker, en Practica de Automatización-Técnica ATP, 37 (1995) junio no. 6, Munich, Alemania, debe permitir tal regulación en una turbina de vapor con estaciones desviadoras de vapor.
20 SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es tarea de la invención el proporcionar un procedimiento para la regulación de una turbina de vapor con toma de vapor que, de manera sencilla y con funcionamiento seguro, resuelva las tareas de
25 funcionamiento de la turbina de vapor, además, debe proporcionarse un dispositivo de regulación para una turbina de vapor con toma de vapor, que cumpla las tareas de funcionamiento de las turbinas de vapor de una manera
^^^ sencilla y segura. 5 Con referencia al procedimiento y a la tarea mencionada, se resuelve el problema de acuerdo con la invención, por las caracteristicas de la reivindicación 1. Aqui pueden también existir varias válvulas de alimentación o también varias válvulas de salida y
10 reguladores correspondientes. Una válvula de salida también puede simultáneamente ser una válvula de alimentación, por ejemplo puede una toma de vapor controlarse de tal modo desde una primera etapa de la turbina de vapor que, una cantidad de vapor alimentada (llamada a continuación
15 cantidad alimentada) , para una segunda etapa que siga a la primera etapa de la turbina de vapor se ajuste de tal manera que, la cantidad de vapor retirada deseada (de aqui en adelante cantidad retirada) se presente como diferencia de las cantidades cada vez suministradas a la primera etapa
20 y a la segunda etapa. Un suministro de vapor o también un toma de vapor, puede realizarse según sea la exigencia en cada lugar de la turbina de vapor. Las tareas de funcionamiento se caracterizan según sea la donación deseada de una
25 potencia de la turbina o la cantidad de vapor de salida "W*- deseada, por el tipo de las magnitudes de regulación. Por ejemplo, se caracteriza una tarea de funcionamiento por la regulación de acuerdo a la cantidad de vapor retirada y al
^F número de revoluciones de la turbina. 5 Por la estructura de regulación, se transforman las señales de regulación del regulador en señales de posición para los miembros de ajuste de las válvulas de suministro o toma. Según sea la tarea de funcionamiento, debe realizarse la transformación de manea ajustada a la
10 tarea de funcionamiento, puesto que cada tarea de funcionamiento establece una zona de funcionamiento diferente para la válvula de suministro o toma. Sin para cada tarea de funcionamiento, se ha debido utilizar una estructura de regulación propia. Parámetros obtenidos
15 empíricamente se asocian entre si de tal modo que, se presente el comportamiento de regulación deseado para la
~ tarea de funcionamiento. Tanto los parámetros como también la asociación de los parámetros es asi cada vez diferente, lo que siempre hace que se utilicen diferentes estructuras
20 de regulación. En la invención, se utiliza para eso únicamente una sola estructura de regulación para todas las tareas de funcionamiento. Aqui está cada tarea de funcionamiento únicamente caracterizada por un conjunto propio de
25 parámetros para la estructura de regulación común. Con esto
se simplifica la regulación total de la turbina de vapor. Además, se garantiza una alta seguridad de funcionamiento, especialmente en un cambio de una tarea de funcionamiento de la primera a la segunda, se puede conseguir por la 5 estructura de regulación igual, una conmutación libre de problemas. Esto significa que en un cambio de un primer regulador a un segundo regulador no se llega a un cambio del tipo de problemas del miembro de ajuste controlado. Un tal cambio del tipo de problemas de una posición del 10 miembro de ajuste del hasta ahora turbina, tiene consecuencia una carga mecánica elevada para este miembro de ajuste con lo cual, no puede garantizarse puesto que se utilizan diferentes estructuras de regulación para las diferentes tareas. 15 Por la estructura de regulación común para todas las tareas de regulamiento, se hace posible un desacoplamiento amplio de las magnitudes de regulación entre si, de manera segura. Esto significa que por ejemplo en una variación de una cantidad de vapor derretido, no 20 ocasiona una variación de carga importante en la turbina de vapor. Según sea la exigencia del funcionamiento, son con esto ajustables los parámetros deseados independientemente uno del otro. En la regulación con diferentes estructuras de regulación, según sea la tarea de funcionamiento, por 25 medio de un parámetro obtenido empíricamente, prácticamente
tal desacoplamiento no es ajustable en razón del alto número de parámetros, en toda la zona de funcionamiento. Con la estructura de comunicación común, por el contrario,
*^^ se determina de tal modo de manera sencilla con la 5 utilización de funciones de acoplamiento entre las magnitudes de regulación, los parámetros de la estructura de regulación para cada tarea de funcionamiento que las magnitudes de regulación se desacoplan una de la otra. Preferentemente, se determinan además los parámetros de tal
10 manera que se fija una zona de funcionamiento ajustada a la tarea de funcionamiento seleccionada. Preferentemente, es una de las magnitudes de regulación una cantidad de salida de vapor, una presión en la turbina de vapor una potencia de la turbina de vapor o
15 un número de revoluciones de la turbina de vapor. A cada tarea de funcionamiento está coordinada uno de este grupo de parámetros para la estructura de regulación. En un cambio de una primera de las tareas de funcionamiento a una segunda de las tareas de
20 funcionamiento, se realiza un cambio de un primer regulador a un segundo regulador, de tal modo que las magnitudes de puesta en marcha para la salida del segundo regulador se fijan por medio de una estructura de regulación inversa. La estructura de regulación inversa, es aqui inversa a la
25 estructura de regulación con el grupo de parámetros para la segunda tarea de funcionamiento. Las magnitudes de puesta en marcha, se conducen al segundo regulador. El segundo regulador empieza con esto con valores los cuales corresponden al último control del primer regulador desde 5 la tarea antigua de funcionamiento. Con esto no se llega a un cambio repentino en el control del miembro de ajuste. La fijación de las magnitudes de puesta en marcha para el segundo regulador, se determina por la utilización de la estructura de regulación común de manera sencilla de tal
10 modo que las magnitudes de puesta en marcha se calculan desde las magnitudes de ajuste del primer regulador por medio de la estructura de regulación inversa. La estructura de regulación inversa corresponde a un cálculo hacia atrás de la estructura de regulación, donde los parámetros de la
15 estructura de regulación, están establecidos básicamente para la nueva tarea de funcionamiento. Con esto se realiza de manera sencilla una conmutación libre de problemas entre
~# las tareas de funcionamiento. Preferentemente, incluye cada grupo de parámetros
20 un subgrupo de válvula de alimentación y un subgrupo de válvula de salida, donde una primera de las señales de regulación está asociada con un primer parámetro y una segunda de las señales de regulación está asociada con un segundo parámetro de cada uno de estos subgrupos y donde
25 adicionalmente se determinan las magnitudes de ajuste de válvula de suministro o de magnitud de ajuste de válvula de salida coordinadas a un parámetro de offset o de desplazamiento. Con referencia a la instalación de regulación, la 5 tarea mencionada de acuerdo con la invención se resuelve por las caracteristicas de la reivindicación 4. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se explicará más detalladamente por medio de un ejemplo de realización en referencia al dibujo. 10 Muestran esquemáticamente: * La figura 1, ilustra una turbina de vapor; La figura 2, ilustra un dispositivo de regulación para una turbina de vapor; Las figuras 3 - 5, ilustran estructuras de 15 regulación para diferentes tareas de funcionamiento de una turbina de salida de vapor de acuerdo al estado de la
~ técnica; La figura 6, ilustra una estructura de regulación establecida de manera común para todas las tareas de 20 funcionamiento de una tarea de salida de vapor; La figura 7, ilustra un cambio de una primera tarea de funcionamiento a una segunda tarea de funcionamiento de una turbina de salida de vapor;
La figura 8, ilustra un diagrama de acoplamiento para una cantidad de salida según el estado de la técnica; y ^^^ La figura 9, ilustra un diagrama de acoplamiento para una cantidad de salida utilizando una estructura de regulación igual para todas las tareas de funcionamiento.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Cifras iguales de referencia tienen en las 10 diferentes figuras un mismo significado. La figura 1 muestra esquemáticamente una turbina de vapor 1. En un eje de turbina de vapor 2 están dispuestas una detrás de la otra, una parte de alta presión 3, una parte de presión media 5 y una parte de presión baja 15 7. La turbina de vapor 1, está unida por medio del eje de turbina de vapor 2, con un generador 8 para la generación de energía eléctrica. La parte de presión elevada 3 presenta un suministro de vapor 9. La parte de presión media 5 presenta un suministro de vapor 11. La parte de 20 presión baja 7 presenta un suministro de vapor 13. En los suministros de vapor 9, 11, 13, las cantidades de vapor suministradas que fluyen 10, 12, 14 son ajustables por medio de sendas válvulas de suministro 15, 17, 19. La parte de alta presión 3 presenta además una toma de vapor 21, por 25 medio del cual fluye una cantidad de salida 22 que es
ajustable a través de una válvula de salida 25. La parte de presión media 25 presenta una toma de vapor 23 a través de la cual fluye una cantidad de salida 24 ajustable por una
^^^ válvula de salida 27. La parte de presión baja 7 presenta 5 una toma de vapor 29. Las válvulas de alimentación o suministro 15, 17, 19 y las válvulas de salida 25, 27, están unidas con una instalación de regulación 30. Durante el funcionamiento de la turbina de vapor 1, fluye el vapor de un generador de vapor no representado,
10 por el suministro de vapor 9, controlado por medio de la válvula de suministro 15 a la parte de alta presión 3. Desde la parte de alta presión 3, fluye vapor por una parte a través de la toma de vapor 21 controlado por medio de la válvula de salida 25 y por otra parte, por medio del
15 suministro de vapor 11, controlado por la válvula de suministro 17 a la parte de presión media 5. La parte de presión media 5 puede también presentar un suministro de vapor separado en la parte de alta presión 3, asi por ejemplo, un realmacenamiento del vapor del proceso. Desde
20 la parte de presión media 5 fluye vapor controlado por la válvula de salida 25, por medio de la toma de vapor 23 y/o fluye a través del suministro de vapor 13 controlado por la válvula de suministro 19 a la parte de baja presión 7. Las válvulas de salida 25, 27, también pueden
25 estar incluidas con las válvulas de suministro 17, 19, en
este caso, las cantidades de vapor retiradas 22, 24, se controlan indirectamente por medio de las cantidades de suministro de vapor 12, 14. ^^ Desde la parte de baja presión 7, fluye el vapor
5 desde la toma de vapor 29. Puede alimentarse el vapor por ejemplo a un condensador que no se representa exactamente, como también puede conducirse para fines de funcionamiento desde las tomas de vapor 21, 23. El vapor que fluye a través de la turbina de
10 vapor 1, abandona el eje de la turbina de vapor 2 en una
# rotación con el número de revoluciones D. La turbina de • vapor 1, da una potencia L al generador eléctrico 8 para la generación de energía eléctrica. Antes de la entrada en la turbina de vapor 1, asi aproximadamente en el suministro de
15 vapor 9 impera en el vapor una presión PV. Detrás de la parte de presión elevada 3 impera en el vapor una presión pl. Detrás de la parte de presión media 5, impera en el vapor una presión P2. Detrás de la parte de presión baja 7 impera en el vapor una presión P3. Las presiones Pl, P2,
20 P3 pueden también medirse en otra posición adecuada en las sendas partes de turbina 3, 5, 7. Detrás de la turbina de vapor 1, impera una presión PN. Las presiones PV, Pl, P2, P3, PN, pueden tomarse como magnitudes de regulación para regular la turbina de vapor 1. Magnitudes de regulación
25 también pueden ser por ejemplo el número de regulación D o
la potencial L. Otras magnitudes de regulación pueden ser por ejemplo las cantidades de vapor retiradas 22, 24. Según sean las exigencias funcionales en la temperatura de vapor ^^ 1, se ajustan por ejemplo diferentes cantidades de vapor 5 derretido 22, 24 o diferentes potencias L. Correspondientemente, se toman para una regulación de la turbina 1 diferentes magnitudes de regulación, según sean las exigencias de funcionamiento. La utilización de las magnitudes de regulación caracteriza una tarea de
10 funcionamiento de la turbina de vapor. Esto se explicará detalladamente más adelante. La figura 2, muestra esquemáticamente una instalación de regulación 30. La instalación de regulación 30 presenta un primer regulador 33 y un segundo regulador
15 35 que conjuntamente forman un par de reguladores 36. El primer regulador 33 y el segundo regulador 35 están cada vez unidos con una estructura de regulación común 37. La estructura de regulación 37, está unida con un primer proveedor de linea característica 39 y con un segundo
20 proveedor de linea característica 41. El primer proveedor de linea característica 39 está unido con un miembro de ajuste 43. El segundo proveedor de linea característica 41 está unido con un segundo miembro de ajuste 45. El primer miembro de ajuste 43 sirve para el accionamiento de una
25 primera válvula VI. El segundo miembro de ajuste 45 sirve A i
para el accionamiento de una segunda válvula V2. Las válvulas VI, V2, pueden cada vez ser por ejemplo una válvula de suministro 15, 17, 19 o una válvula de salida 25, 27 para el vapor. 5 Al primer regulador 33 se conduce una primera magnitud de regulación Rl . Al segundo regulador 35 se conduce una segunda magnitud de regulación R2. El primer regulador 33 proporciona una primera señal de regulación YE a la estructura de regulación 35. El segundo regulador 35
10 proporciona una segunda señal de regulación YS a la
^^ estructura de regulación 37. Desde la estructura de regulación 37 de acuerdo con la tarea que se presenta actualmente, se proporciona una primera señal de ajuste Sl al primer proveedor de linea característica 39 y una
15 segunda señal de ajuste S2 al segundo proveedor de linea característica 41. Los proveedores de linea característica 39, 41, controlan los miembros de ajuste respectivamente
' coordinados 43, 45, de tal modo que las válvulas VI, V2 se ajustan de acuerdo con la tarea de regulación. 20 Las figuras 3 a 5, muestran realizaciones de las estructuras de regulación 37 de acuerdo al estado de la técnica. En la figura 3, se asocia de acuerdo con una primera tarea de funcionamiento BA una primera señal de regulación YE con una segunda señal de regulación YS
25 utilizando los parámetros obtenidos empíricamente Kl, K2, *
K3, K4, Yl, Y2, Y3, Y4, KHP, KLP2, KLP1, de modo que las señales de ajuste Sl, S2, S3 se proporcionan para el control adecuado de las válvulas VI, V2, V3. Las figuras 4 y 5 muestran asociaciones de las señales de regulación YE, 5 YS, cada vez a una u otra tarea de funcionamiento BB, BC. Las asociaciones complejas utilizando una multiplicidad de parámetros, son complicadas de determinar. Es prácticamente imposible conseguir un desacoplamiento de las señales de regulación YE, YS por medio de la zona de funcionamiento
» 10 común. Además, no puede determinarse de manera segura que en un cambio de una primera de las tareas de funcionamiento BA, BB, BC a una segunda de las tareas de funcionamiento BA, BB, BC no tendrá lugar ninguna variación en forma de golpe en el control del miembro de ajuste. Esto se basa en
15 que cada estructura de regulación 37 produce señales de ajuste independientes Sl, S2, S3, de modo que en un cambio entre las estructuras de regulación 37, asi en un cambio de
* las tareas de funcionamiento BA, BB, BC en general se presentan diferentes señales de ajuste Sl, S2, S3, de modo
20 que se llega a un cambio en forma de problemas en el control del miembro de ajuste para las válvulas VI, V2, V3. Esto puede tener como consecuencia fuertes cargas mecánicas y daños a la duración. La figura 6 muestra una estructura de regulación
25 37 que es utilizable para todas las tareas de funcionamiento, como por ejemplo según las figuras 3 a 5. La estructura de regulación 37 incluye un grupo de parámetros 50. El grupo de parámetros 50 está dividido en subgrupos 51, 53, 55. Por ejemplo es el subgrupo 51, un subgrupo de válvula de suministro y el subgrupo 53 un subgrupo de válvula de salida. Cada subgrupo 51, 53, 55, incluye un primer parámetro AVI, AV2, AV3 y un segundo Parámetro BV1, BV2, BV3. Además, abarca cada subgrupo 51, 53, 55, un parámetro offset o de desplazamiento CV1, CV2, CV3. La primera señal de regulación YE se calcula con ayuda del segundo parámetro BV2, BV2, BV3. La segunda señal de regulación YS se calcula con ayuda del primer parámetro AVI, AV2, AV3. Este cálculo se realiza en cada uno de los subgrupos 51, 53, 55. Los resultados de cada uno de los cálculos, se asocian entre si dentro de los subgrupos 51, 53, 55 con la adición de los parámetros offset correspondientes CBl, CB2, CB3. Con dada uno de los subgrupos 51, 53, 55, se obtiene una señal de ajuste Sl, S2, S3, desde esa asociación. El grupo de parámetros 50 está ajustado a la tarea de funcionamiento actual y determinado de tal modo que por una parte se produce un desacoplamiento de las magnitudes de regulación Rl, R2 y por otra parte se determinan las zonas de funcionamiento para las tareas de funcionamiento.
La figura 7 muestra esquemáticamente un cambio de una primera tarea de funcionamiento BA a una segunda tarea de funcionamiento BB. En la primera tarea de funcionamiento BA se realiza en la manera presentada por medio del par de 5 regulación 36A desde las magnitudes de regulación RÍA y R2A, una generación de las señales de regulación YEA y YSA, las cuales se transforman por medio de la estructura de regulación 37A en las señales de ajuste S1A, S2A, para las válvulas Bl, B2. En un cambio para la tarea de
10 funcionamiento BB, se utiliza la misma estructura de
» regulación 37 con un nuevo grupo de parámetros 50. Esto se caracteriza en la figura 7 como estructura de regulación 37B. En la tarea de funcionamiento BB, se conducen o alimentan al par de reguladores 36B las magnitudes de
15 regulación RIB y R2B. A la estructura de regulación 37B se transmiten desde el par de reguladores 36B, las señales de regulación YEB y YSB. Desde la estructura de regulación 37B se derivan asi las señales de ajuste SIB y S2B. De esta manera se consigue una conmutación libre
20 de problemas entre las tareas de funcionamiento BA, BB, ya que las señales de ajuste S1A, S2A, se calculan desde la tarea de funcionamiento BA por medio de una estructura de regulación inversa 37BI en las señales de puesta en marcha YES, YSS. Las señales de puesta en marcha YES y YSS, se
25 alimentan al par de reguladores 36B de la nueva tarea de funcionamiento BB como valores de puesta en marcha, de modo que en la tarea de funcionamiento BB se inicia un control con las señales de ajuste SIB y S2B que corresponde a los últimos valores de las señales de ajuste S1A y S2A de la 5 tarea de funcionamiento BA. Con esto, no tiene lugar un control del miembro de ajuste diferente del tipo de golpe. La estructura de regulación inversa 37B1, corresponde a una inversión de la estructura de regulación 37 con el grupo de parámetros 50 de la segunda tarea de funcionamiento EB. Con
10 la utilización de la misma estructura de regulación 37 se
» asegura de manera sencilla, para todas las tareas de funcionamiento BA, BB, BC, que tendrá lugar una conmutación libre de problemas entre las tareas de funcionamiento BA;, BB, BC. 15 Otra ventaja grande en la utilización de la estructura de regulación única 37, es que las magnitudes de regulación Rl, R2, se desacoplan entre si en
» aproximadamente toda la zona de funcionamiento común. La figura 8 muestra el acoplamiento de una de las magnitudes
20 de regulación Rl, aqui una cantidad de salida de vapor 22, 24, con una segunda magnitud de regulación R2, aqui una potencia L según el estado de la técnica. Las lineas están formadas de puntos de la misma cantidad de salida de vapor 22, 24. Los valores numéricos que se producen en las lineas
25 proporcionan las cantidades de salida de vapor 22, 24, en
Kg/s. Los ejes muestran las señales de regulación YE y YS coordinadas a las magnitudes de regulación Rl, R2. Se reconoce que en grandes intervalos de la zona de funcionamiento, se produce una fuerte dependencia de la cantidad de salida de vapor 22, 24, también de la señal de regulación YS. Especialmente en una zona entre un valor nulo y 25% del valor para YS se presenta un fuerte acoplamiento de ese tipo. Por el contrario, muestra la figura 9 un tal 10 diagrama de acoplamiento con la utilización de la
» estructura de regulación 37. En aproximadamente toda la zona de funcionamiento común están desacopladas las cantidades de salida de vapor Rl, 22, 24, señal de regulación YS coordinada a la magnitud de regulación, 15 potencia L' .
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