NO146654B - Anordning for regulering av brenseltilfoerselen til et gassturbinanlegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for regulering

av brenseltilførselen til et gassturbinanlegg, idet anordningen omfatter signalgivere innrettet for å avgi elektriske signaler som er proporsjonale med øyeblikksverdiene for henhv. turtall, kompressortrykk og temperatur til en elektronisk styreenhet som påvirker en brenselreguleringsventil og omfatter en hovedregulator for sammen-

ligning av et signal som er proporsjonalt med turbinens turtall med et referansesignal, en funksjonsgenerator for begrensning av styresiqnalet til brenselreguleringsventilen, samt en minimalsignalvelger som er innrettet for å velge det minste av flere mottatte signaler som styresignal til reguleringsventilen.

En sådan brenselreguleringsanordning er prinsippielt kjent

fra DE-OS 2205267. Denne kjente anordning er utført slik at det ikke behøves noen igangsetnings- eller drosselventil for regulering av brenseltilførselen. For dette formål overføres istedet fem signaler som er proporsjonale med hver sin driftsparameter til en fortrinnsvis elektronisk signalbehandlings- og sammenligningsenhet, som på dette grunnlag frembringer et utgangssignal som tilsvarer den brenselmengde som er påkrevet til enhver tid. Disse fem signaler tilsvarer turbinens middel-temperatur, trykket i brenselkammeret, kompressorens innløpstemperatur, anleggets ydelse og det foreliggende omdreiningstall.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for opprinnelsen å videreutvikle en sådan kjent regulerings-anordning på sådan måte at det oppnås en jevn regulering av omdreiningstallet til verdier som kan innstilles innenfor vide grenser.

Dette oppnås ved hjelp av en anordning av ovenfor angitt art

og hvis særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i

a) funksjonsgeneratoren er utført slik at dens utgangssignal er mindre enn hovedregulatorens utgangssignal

når dette overskrider grenseverdier som er innstilt i referansesignalgiveren,

b) en første temperatursignalgiver er anordnet etter turbinens løpeskovler og en annen temperatursignalgiver

er anordnet ved turbinens utløp,

c) utgangene fra første og annen temperatursignalgiver er forbundet med henhv. en maksimalverdivelger og en middelverdikrets, d) utgangene for henhv. maksimalverdivelgeren og middelverdikretsen står i forbindelse med en ELLER-krets innrettet for alternativt å slippe igjennom utgangssignal fra maksimalverdivelgeren under anleggets igangsetning eller utgangssignal fra middelverdikretsen under-.normal dirft, e) trykkignalgiveren styrer en nivåregulator som er innrettet for å avgi et utgangssignal som er sammensatt av en innstillbar konstant verdi og en korreksjonsverdi som er proporsjonal med utgangssignalet for trykksignalgiveren, f) en komparator er anordnet for å sammenligne utgangssignalene fra henhv. ELLER-kretsen og nivåregulatoren, g) komparatoren er innrettet for å styre en innstillingskrets, hvis utgang gjennom en tilbakekoblingskrets er

forbundet med en inngangskrets for komparatoren, idet instillingskretsen er innrettet for å avgi et utgangssignal som ikke overskrider en forut bestemt øvre grense, når ELLER-kretsens utgangssignal, er lavere enn nivåregulatorens utgangssignal, samt avgi et utgangssignal som antar en forut bestemt nedre grenseverdi når

ELLER-kretsens og nivåregulatorens respektive utgangssignaler innbyrdes like,

h) en maksimalsignal-velger er anordnet for å motta utgangssignalet fra innstillingskretsen og et referansesignal fra et potensiometer, og

i) utgangene fra henhv. hovedregulatoren, funksjonsgeneratoren og maksimalsignalvelgeren står i forbindelse med hver sin inngang for minimalsignalvelgeren som er innrettet for å velge det tilførte utgangssignal som har lavest nivå og avgi dette gjennom en utgangskobling til brenselreguleringsventilen.

Denne utførelse har den fordel at reguleringen av brensel-tilførselen lett oa bekvemt kan tilpasses de spesielle drifts-betingelser for nesten hvilket som helst gassturbinanlegg. Særlig muliggjør oppfinnelsens anordning en begrensning av akselerasjonen i igangsetningsfasen på sådan måte at øket omdreiningstall og dermed øket temperatur og varmepå-kjenning av gassturbinens varmere deler muliggjøres, idet denne akselerasjonsbegrensning kan avtrappes etter foreliggende behov.

Fortrinnsvis er reguleringsanordningen i henhold til oppfinnelsen utført slik at funksjonsgeneratoren omfatter en inngangs-operasjonsforsterker som styres av en maksimalverdivelger for signaler fra turtallgivere samt en utgangs-operasjonsforsterker, mens tre parallell-koblede operasjonsceller med hver sin ikke lineære arbeidskarakteristikk er innkoblet mellom de to operasjonsforsterkerne, og utgangen for hver operasjonscelle gjennom hver sin regulerbare motstand er tilbakekoblet til den inngang for vedkommende celle som styres av inngangs-operasjonsforsterkeren, mens to av disse innganger samt den inngang for utgangs-operasjonsforsterkeren som styres av de tre operasjonsceller står i forbindelse med hvert sitt potensiometer.

Denne utførelse av funksjonsgeneratoren er særlig egnet

for på enkel måte å tilpasse og regulere omdreiningstallets stigning og dermed temperaturstigningen og varmepåkjenningen av gassturbinanleggets varmere deler.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå

Fig. 1 viser skjematisk et gassturbinanlegg på en enkelt aksel og utstyrt med styreanordningen i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2 er et blokkskjerna for den elektroniske styreenhet som er vist i fig. 1, og Fig. 3 viser et detaljert koblingsskjerna for en av blokkene i fig. 2.

I fig. 1 betegner 100 en kompressor for et enkeltakslet gassturbin-anlegg, mens 101 er et forbrenningskammer, 102 er en turbin, 108 er turbinakslen som overfører bevegelse til en nyttig belastning 103, som f.eks. er en generator.

En pumpe 105 pumper brensel fra en tank 104, idet brenslet føres gjennom en reguleringsventil 18 til forbrenningskammeret 101. En elektronisk styreenhet 111 styrer turbinens hastighet på grunnlag av mottatte signaler fra: en trykksignalgiver 113 som påvirkes av trykket i utløps-kanalen 107 fra kompressoren 100,

temperatursignalgivere 150, 151 som påvirkes av gasstempera-turen henhv. ved utgangen fra turbinbladene og utløpet fra turbinen,

turtallsignalgivere 1, 2 som påvirkes av omdreiningshastig-heten for turbinakslen 108.

Utgangssignalet fra den elektroniske styreanordning 111 sørger for hensiktsmessig innstilling av den reguleringsventil 18 som styrer brenseltilførselen til forbrenningskammeret 101.

På blokkskjemaet for den elektroniske styreenhet 111, som

er vist i fig. 2, er det angitt takkometer-kretser 3, 4

som mottar inngangssignaler fra hver av sin av de nevnte signalgivere 1, 2. Kretsene 3, 4 avgir sine utgangsspenninger til en maksimalverdi-velger 5. Den høyeste av de mottatte spenninger videreføres av velgeren 5 og tilføres inngangene for henhv. en funksjonsgenerator 7 og en hoved-regulåtor 6. Hovedregulatoren 6 mottar en referansespenning tilført fra en hastighetsvariator 8 av potensiometerutførelse og er dessuten utstyrt med en tilbakekoblingskrets 9 av potensiometertype.

Temperatursignalgiverne 150, 151 avgir samtidig sine utgangssignaler til en middelverdikrets 15 og en maksimalverdivelger 20 som først settes i drift av en ytre styre-mekanisme 21 ved start av turbinen.

En ELLER-krets med to innganger mottar de respektive signaler fra middelverdikretsen 15 og velgeren 20 og er på sin utgangsside tilkoblet en komparator 17. En ytterligere inngang for komparatoren 17 mottar det signal som avgis fra en nivåregulator 16 som styres av trykksignalgiveren 13.

Komparatoren 17 driver en innstillingskrets 23. En be-grensende tilbakekoblingskrets 38 er innkoblet mellom utgangen fra kretsen 23 og en inngang for komparatoren 17.

Utgangen fra innstillingskretsen 23 er tilsluttet den ene inngang for en maksimalsignal-velger 19 for temperatursignalet, idet velgerens annen inngang er tilsluttet en spenningsdeler 24 av <p>otensiometertype.

To minimalsignalvelgere 10, 11 har hver tre innganger, idet inngangene 25, 26, 27 for den ene velger er parallellkoblet med tilsvarende innganger 28, 29, 30 for den annen velger.

Utcrangen fra hovedregulatoren 6 er tilsluttet inngangene

26 og 29 på hver sin minimalsignal-velger 10, 11. Utgangen fra funksjonsgeneratoren 7 er tilsluttet de sammenkoblede innganger 25, 28 for de to velgere 10, 11. Utgangen fra maksimalsignal-velgeren 19 er forbundet med de sammen-koblede inngangene 27, 30 for de to velgere 10, 11.

Utgangsspenningene fra de to minimalsignal-velgerne 10, 11 overføres til hver sin utgangskrets 12, 13, som omformer disse spenninger til passende strømmer for styring av servo-ventilen 18.

Fig. 3 viser et koblingsskjerna for funksjonsgeneratoren 7 som mottar sine inngangssignaler fra maksimalverdi-velgeren 5 for takkometer-signalene, mens generatorens utgang er tilsluttet inngangen 28 for minimalsignal-velgeren11.

Funksjonsgeneratoren 7 omfatter på sin inngangsside en operasjonsforsterker 77 som avgir sitt utgangssignal til tre operasjonsceller 78, 79, 80 som frembringer ikke-lineære funksjoner. Tilbakekoblingskretsen for hver celle 78, 79, 80 omfatter en variabel motstand 71, 73, 75. Hver in-verterende inngang til cellene 78, 79 er tilkoblet et potensiometer, henhv. 72 og 74, Utgangssignalene fra de tre celler overføres til en ytterligere operasjonsforsterker 81 på funksjonsgeneratorens utgangsside, og hvis inngang også er tilsluttet et tredje potensiometer 76, mens for-sterkerens utgang danner generatorutgangen som er tilsluttet minimalsignal-velgeren 11.

Reguleringsanordningen i henhold til oppfinnelsen virker

på følgende måte:

De to turtallgivere 1, 2 avgir hvert sitt signal med en frekvens som er proporsjonal med hastigheten for turbinakslen 108 til hver sin takkometer-krets 3, 4. I disse kretser utføres så en signalomformning fra frekvens til spenning. Kretsenes utgangsspenninger vil derfor være proporsjonale med turbinens hastighet. Maksimalverdi-velgeren 5 velger ut den høyeste av utgangsspennningene fra kretsene 3, 4, for derved å sikre korrekt arbeidsfunksjon selv om det skulle oppstå feil i en av takkometer-kanalene. Hovedregulatoren 6 sammenligner, ved hjelp av kjénte midler som ikke er vist på tegningen, den mottatte spenning fra maksimalverdi-velgeren 5, med en referansespenning innstilt utenfra ved hjelp av hastighets-variatoren 8 av potensiometertype, for derved å frembringe et avviksignal. I regulatoren 6 behandles så avvikssignalet i kjente kretser av proporsjonal-og intergraltype, mens en variabel motstand 9, som kan innstilles etter ønske fra utsiden, er innskutt i en tilbakekoblingskrets for regulatoren 6 således at stabil arbéidsfunksjon til en hver tid kan innstilles. Den spenning som er proporsjonal med turbinhastigheten og avgis fra maksimalsignal-velgeren 5, overføres også som et inngangssignal til funksjonsgeneratoren 7. I samarbeid med minimalsignal-velgerne 10, 11 sørger generatoren 7 for en begrensning av turbinens aksellerasjon. Under igangsetning av turbinen begrenses således utgangssignalet fra hovedregulatoren 6, hver gang dette signal av en eller annen grunn har en tendens til å overskride referansesignalet som tilsvarer den hastighetsverdi som er innstilt i hastig-hetsvariatoren 8. Arbeidskarakteristikken for generatoren 7, som således angir en funksjon hvis verdi aldri under noen som helst turbinhastighet overskrider en forutbestemt terskel, kan tilnærmet angis av en brutt linje sammensatt av et antall linjesegmenter. Helningen av hver av disse segmenter kan innstilles ved hjelp av potensiometrene 71, 73 og 75 for operasjonscellene 78, 79 og 80. Endepunktet for hvert avsnitt av den brutte linje kan innstilles ved hjelp av potensiometrene 72, 74 og 76 på inngangssiden av henhv. cellene 78, 79 og 81. Denne innstillingsmetode er meget

fleksibel, da hvert avsnitt av den brutte linje kan innstilles uten i

i vesentlig grad å påvirke de øvrige avsnitt. Ved regulering i henhold til oppfinnelsen vil det være klart at turbinens aksellerasjon styres på sådan måte at det under igangsetning av turbinen oppnås en regulert hastighets-økning, og således også en temperaturøkning og termiske påkjenninger av turbinens varme deler i samsvar med forut fastlagte kriterier.

Ved igangsetning av turbinen velger maksimalverdi-velgeren 20 den høyeste av de to mottatte temperatursignaler fra signalgiverne 150, 151, som utgjøres av termoelementer,

mens middelverdikretsen 15 etter igangsetningsperioden frembringer middelverdien av de temperaturer som avføles av giverne 150, 151.

I avhengighet av om turbinen befinner seg i en igangset-ningsperiode eller i normal drift, avgir således ELLER-kretsen 22 enten den største verdi eller middelverdien av tempera-tursignalene til komparatoren 17.

Komparatoren sammenligner det mottatte temperatursignal med et referansesignal som er innstilt utenfra og overføres fra nivå-regulatoren 16, som styres av signalgiveren 113 under påvirkning av trykket i den gass som avgis fra kompressoren. Referansesignaler er således sammensatt av et konstant ledd som kan innstilles utenfra og et korreksjons-ledd som er avhengig av trykket i den gass som avgis fra kompressoren.

Det avvikssignal som avgis fra komparatoren 17 overføres

til innstillinckretsen 23 hvis arbeidskarakteristikk er av såvel proporsjonal som integro-derivativ art. Kretsen 23 er utstyrt med en tilbakekoblingskrets 38, som i det tilfelle avvikssignalet er positivt (temperatursignalet fra giverne 150, 151 er lavere enn referansesignalet), holder innstill-ingskretsens utgangssignal på eller under et forutbestemt øvre grensenivå.

Når temparatursignalet når referansenivået, senkes utgangssignalet fra innstillingkretsen 23 til en nedre grense i samsvar med kriterier som er bestemt ved de tidskonstanter som velges for innstillingskretsen. Hvis avviksignalet atter forandrer fortegn vil utgangssignalet på nytt anta en høyere verdi i henhold til samme kriterier. Utgangssignalet fra innstillingskretsen 23 sammenlignes så i maksimalsignal-velgeren 19 med et forut bestemt signal-nivå som er innstilt i potensio-meteret 24, idet det høyeste av de sammenlignede nivå velges for videre utnyttelse. Dette muliggjør innstilling av temperaturgrenselinjer for henhv. igangsetning og vanlig drift ved variasjon av linjenes helning og parallellforskyvning av linjene.

Det vil derfor være mulig å programmere temperaturstyringen

som en funksjon av igangsetningsprosessen (langsom, normal, hurtig), samt å tilpasse temperaturgrenselinjen til spesielle egenskaper ved den foreliggende gassturbin. Det frembragte spenningssignal proporsjonalt med turbinhastigheten fra regulatoren 6, spenningssignalet fra funksjonsgeneratoren 7 samt det frembragte spenningssignal proporsjonalt med tempera-turen fra maksimalsignal-velgeren 19, sammenlignes i minimal-signalvelgerne 10, 11, som er innrettet for å velge ut den laveste av disse spenninger. Dette relativt lave spennings-nivå fastlegger ved hjelp av utgangskretsene 12, 13 (spenning/ strøm-omformere) en større eller mindre strømningsåpning reguleringsventilen 18, for derved å styre tilstrømningen av brensel til turbinens forbrenningskammeret 101. De to kanaler som henhv. omfatter minimal-velgeren 10 og utgangsomformeren 12, samt minimal-velgeren 11 og utgangsomformeren 13, er således identiske og er anordnet i parallell. Bare en av de to kanaler er imidlertid i drift under normale for-hold. Hvis den virksomme kanal skulle svikte og avgi en utgangsspenning som overstiger den maksimalt påkrevede spenning, blir den automatisk koblet ut, mens den annen kanal settes i drift.

Claims (2)

1. Anordning for regulering av brenseltilførselen til et gassturbinanlegg, idet anordningen omfatter signalgivere innrettet for å avgi elektriske signaler som er proporsjonale med øyeblikksverdiene for henholdsvis turtall, kompressortrykk og temperatur til en elektronisk styreenhet (111) som påvirker en brenselreguleringsventil (18) og omfatter en hovedregulator (6) for sammenlikning av et signal som er proporsjonalt med turbinens turtall, med et referansesignal, en funksjonsgenerator (7) for begrensning av styresignalet til brenselreguleringsventilen, samt en minimalsignalvelger (10, 11) som er innrettet for å velge det minste av flere mottatte signaler som styresignal til reguleringsventilen, karakterisert ved at a) funksjonsgeneratoren (7) er utført slik at dens utgangssignal er mindre enn hovedregulatorens utgangssignal når dette overskrider grenseverdier som er innstilt i referansesignalgiveren (8), b) en første temperatursignalgiver (150) er anordnet etter turbinens løpeskovler og en annen temperatursignalgiver (151) er anordnet ved turbinens utløp, c) utgangene fra første og annen temperatursignalgiver (150, 151) er forbundet med henholdsvis en maksimalverdivelger (20) og en middelverdikrets (15), d) utgangene for henholdsvis maksimalverdivelgeren (20) og middelverdikretsen (15) står i forbindelse med en EX.LER-krets (22) innrettet for alternativt å slippe igjennom utgangssignal fra maksimalverdivelgeren (20) under anleggets igangsetning eller utgangssignal fra middelverdikretsen (15) under normal drift, trykksignalgiveren (113) styrer en nivåregulator (16) som er innrettet for å avgi et utgangssignal som er sammensatt av en innstillbår konstant verdi og en korreksjonsverdi som er proporsjonal med utgangssignalet for trykksignalgiveren, en komparator (17) er anordnet for å sammenlikne utgangssignalene fra henholdsvis ELLER-kretsen (22) og nivå-regulatoren (16), komparatoren (17) er innrettet for å styre en innstillingskrets (23) , hvis utgang gjennom en tilbakekoblingskrets (38) er forbundet med en inngangskrets for komparatoren, idet innstillingskretsen er innrettet for å avgi et utgangssignal som ikke overskrider en forut bestemt øvre grense, når ELLER-kretsens utgangssignal er lavere enn nivåregulatorens utgangssignal, samt avgi et utgangssignal som antar en forut bestemt nedre grenseverdi når ELLER-kretsens og nivåregulatorens respektive utgangssignaler er innbyrdes like, en maksimalsignal-velger (19) er anordnet for å motta utgangssignalet fra innstillingskretsen (23) og et referansesignal fra et potensiometer (24) , og utgangene fra henholdsvis hovedregulatoren (6), funksjonsgeneratoren (7) og maksimalsignalvelgeren (19) står i forbindelse med hver sin inngang (25, 26, 27, 28 29, 30) for minimalsignalvelgeren (10, 11),.som er innrettet for å velge det tilførte utgangssignal som har lavest nivå og avgi dette gjennom en utgangskobling (12, 13) til brenselreguleringsventilen (18) .

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at funksjonsgeneratoren (7) omfatter en inngangs-operasjonsforsterker (77) som styres av en maksimalverdivelger (5) for signaler fra turtallgivere (1, 2) samt en utgangs-operasjonsforsterker (81), mens tre parallell-koblede operasjonsceller (78, 79, 80) med hver sin ikke lineære arbeidkarakteristikk er innkoblet mellom de to operasjonsforsterkerne, og utgangen for hver operasjonscelle gjennom hver sin regulerbare motstand (71, 73, 75) er tilbakekoblet til den inngang for vedkommende celle som styres av inngangs-operasjonsforsterkeren, mens to av disse innganger samt den inngang for utgangs-operasjonsforsterkeren som styres av de tre operasjonsceller står i forbindelse med hvert sitt potensiometer (72, 74 , 76).