PL225446B1 - Zespół sterowania cieplnego dla turbiny, zespół wytwarzania energii elektrycznej zawierający turbinę oraz turbina zawierająca zespół sterowania cieplnego - Google Patents

Abstract

Ujawniono systemy oraz urządzenia do aktywnego sterowania cieplnego części składowych turbiny. W jednym przykładzie wykonania system sterowania cieplnego turbiny zawiera: źródło ciepła (122) ukształtowane, aby łączyć się z turbiną; zestaw czujników usytuowanych wokół turbiny oraz przystosowanych do uzyskiwania danych operacyjnych z turbiny; oraz urządzenie liczące (510), połączone komunikacyjnie ze źródłem ciepła oraz z zestawem czujników, przy czym urządzenie liczące jest skonfigurowane do regulowania wsadu cieplnego ze źródła ciepła do turbiny, na podstawie danych operacyjnych uzyskiwanych przez zestaw czujników.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół sterowania cieplnego dla turbiny, zespół wytwarzania energii elektrycznej zawierający turbinę oraz turbina zawierająca zespół sterowania cieplnego.

Tego typu urządzenia stosowane są zwłaszcza do zapewniania oraz poprawiania aktywnego zarządzania luzem cieplnym części składowych turbiny oraz luzami pomiędzy nimi (na przykład luzami osiowym, luzami promieniowymi itp.) podczas pracy turbiny (na przykład podczas uruchamiania, wyłączania itp.).

Znane są systemy elektrowni, na przykład pewne systemy elektrowni jądrowych o prostym cyklu oraz złożonym cyklu, wykorzystują turbiny w ich budowie oraz pracy. Niektóre z tych turbin są napędzane przez strumień przepływu płynu roboczego o wysokiej temperaturze (na przykład pary wodnej, gazu itp.), który jest kierowany nad oraz/albo przez szereg stopni oraz części składowych (na przykład naprzemienne stacjonarne oraz obrotowe płaty/czerpaki/łopatki) wewnątrz turbiny, aby wytwarzać energię. Te części składowe oraz stopnie mogą być usytuowane w pobliżu (na przykład małe luzy) względem siebie tak, aby zmniejszyć wyciekanie płynu roboczego przez system oraz poprawić sprawność turbiny. W wyniku wysokich temperatur tej pary wodnej podczas pracy, części składowe (na przykład łopatki, powłoki, wirniki itp.) doznają znacznego wzrostu temperatury, często wzrastającej w zakresie temperatur rzędu setek stopni Fahrenheita. Ten wzrost temperatury może powodować, że części składowe turbiny rozszerzają się oraz/albo kurczą się podczas różnych faz pracy turbiny. Jednakże wskaźniki rozszerzalności części składowych mogą się zmieniać w zależności od rozmiaru części składowej, usytuowania, kształtu, symetrii termicznych itp., oraz te rozbieżności w rozszerzalności mogą wymagać, aby luzy pomiędzy częściami składowymi były uwzględnione w budowie, aby zapobiec ocieraniu się części składowych oraz uszkadzaniu turbiny podczas chwilowych okresów działania (na przykład uruchamianie, schładzanie itp.). Te luzy mogą kompensować niekonsekwentne temperatury jednolitego przekroju całkowitego części składowych, w szczególności stacjonarnych części składowych takich jak powłoka, co może powodować, że te części składowe wyginają się względem obrotowych części składowych turbiny. W rezultacie, te luzy mogą ograniczać budowę turbiny oraz stały stan pracy, zmniejszając sprawność turbiny oraz pozwalając na wycieki pary wodnej przez części składowe turbiny.

Zespół sterowania cieplnego dla turbiny, według wynalazku, zawierający źródło ciepła do termicznego połączenia z częścią turbiny oraz zestaw czujników usytuowanych wokół turbiny do rejestrowania danych operacyjnych z turbiny, charakteryzuje się tym, że zawiera urządzenie liczące połączone komunikacyjnie ze źródłem ciepła oraz z zestawem czujników operacyjnych, przy czym urządzenie liczące jest urządzeniem do regulowania wsadu cieplnego ze źródła ciepła do turbiny, poprzez wykonywanie działań zawierających:

wytwarzanie modelu prognostycznego (517) turbiny obejmującego dane operacyjne od zestawu czujników, przy czym model prognostyczny odnosi się do danych operacyjnych powiązanych z c echami termicznymi turbiny w postaci jednego z luzów pomiędzy elementami składowymi turbiny i odchylenia termicznego w części turbiny, oraz prognozowanie wartości cech termicznych w części turbiny w ustalonej temperaturze przy użyciu modelu prognostycznego i ustalanie wsadu cieplnego ze źródła ciepła do uzyskania ustalonej temperatury i prognozowanej wartości cechy termicznej w części turbiny.

Korzystnie źródło ciepła zawiera wiele segmentowych elementów cieplnych, a w szczególności źródło ciepła zawiera co najmniej jeden element spośród koca termicznego, poduszki termicznej, ceramicznej wkładki oporowej albo elektrycznego elementu grzejnego. Zestaw czujników operacyjnych zawiera co najmniej jeden element spośród termopary, sondy luzu albo czujnika odchylenia.

Korzystnie urządzenie liczące jest urządzeniem do regulowania działania źródła ciepła w czasie rzeczywistym, w oparciu o dane operacyjne, a zwłaszcza urządzenie liczące jest urządzeniem do sterowania źródłem ciepła schładzającym i nagrzewającym turbinę podczas regulacji wsadu cieplnego ze źródła ciepła. Model prognostyczny zawarty w urządzeniu liczącym jest modelem ponadto do ustalania danych operacyjnych do każdego luzu pomiędzy elementami turbiny i odchyleniem termicznym w części turbiny.

Zespół wytwarzania energii elektrycznej zawierający turbinę, według wynalazku oraz źródło ciepła połączone z turbiną, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedno urządzenie liczące k omunikacyjnie połączone z turbiną i źródło ciepła, przy czym co najmniej jedno urządzenie liczące jest

PL 225 446 B1 urządzeniem do cieplnego zarządzania luzami pomiędzy częściami składowymi turbiny poprzez w ykonywanie działań zawierających przetwarzanie danych operacyjnych z zespołu czujników usytuowanych wokół turbiny tworzących model prognostyczny turbiny bazujący na uzyskanych danych operacyjnych, przy czym model prognostyczny jest modelem do ustalania danych operacyjnych względem luzu pomiędzy elementami w części turbiny, przewidywanie wartości luzu pomiędzy elementami w części turbiny dla ustalonej temperatury przy użyciu modelu prognostycznego ustalenie wsadu ze źródła ciepła dla uzyskania ustalonej temperatury i przewidywanej wartości luzu pomiędzy elementami w części turbiny

Korzystnie źródło ciepła zawiera wiele segmentowych elementów cieplnych.

Co najmniej jedno urządzenie liczące jest urządzeniem do sterowania co najmniej jedną wart ością luzu w turbinie przez źródło ciepła, a w szczególności co najmniej jedno urządzenie liczące jest urządzeniem ponadto do sterowania źródłem ciepła do schładzania i ogrzewania turbiny podczas ustalania termicznego wsadu ze źródła ciepła.

Zestaw czujników zawiera co najmniej jeden element spośród termopary, sondy luzu albo czujnika odchylenia.

Turbina zawierająca zespół sterowania cieplnego, według wynalazku, przy czym turbina zawiera stojan oraz kanał przepływu płynu roboczego, otoczony przez stojan, zaś wewnątrz kanału przepływu płynu roboczego jest umieszczony wirnik skonfigurowany promieniowo, przy czym zespół sterowania cieplnego jest usytuowany wokół stojana, charakteryzuje się tym, że system sterowania cieplnego zawiera zestaw czujników, usytuowanych wokół turbiny, do rejestrowania danych operacyjnych z turbiny oraz źródło ciepła połączone ze stojanem w komunikacji termicznej z częściami turbiny, przy czym ze źródłem ciepła jest połączone komunikacyjnie urządzenie liczące, zaś urządzenie liczące jest urządzeniem do zarządzania termicznego luzami pomiędzy elementami turbiny (200) poprzez wprowadzenie działania zawierającego przetwarzanie danych operacyjnych z zestawu czujników, wytwarzanie modelu prognostycznego turbiny obejmującego dane operacyjne, przy czym model prognostyczny jest modelem dla danych operacyjnych powiązanych z cechami termicznymi turbiny, w postaci jednego z luzów pomiędzy elementami składowymi w części turbiny i odchylenia termiczne w części turbiny, oraz prognozowanie wartości cech termicznych w części turbiny w ustalonej temperaturze przy użyciu modelu prognostycznego i ustalenie wsadu cieplnego ze źródła ciepła do uzyskania ustalanie temperatury i prognozowanej wartości cechy termicznej w części turbiny.

Korzystnie źródło ciepła zawiera wiele segmentowych elementów cieplnych.

Korzystnie urządzenie liczące jest urządzeniem do wytwarzania modelu prognostycznego turb iny, który jest modelem do ustalania związku danych operacyjnych dla każdego luzu termicznego pomiędzy elementami turbiny i odchyleniami termicznymi w części turbiny.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest zapewnienie zespołów sterowania luzem cieplnym oraz urządzenia przystosowane do zmniejszania przemieszczeń cieplnych oraz/albo zmian pomiędzy częściami składowymi turbiny, przy czym te systemy poprawiają luzy turbiny oraz wydajność przez sterowanie rzeczywistymi ruchami powłoki. Zespół zawiera zestaw źródeł ciepła (na przykład koce termic zne, segmentowe koce termiczne, nagrzewnice, ceramiczne grzejniki oporowe itp.), które są rozmieszczone wokół turbiny oraz połączone z urządzeniem liczącym, które zawiera aktywny system sterowania luzem cieplnym, który może być sterowany ręcznie przez technika albo sterowany automatycznie przez urządzenie liczące. Zestaw źródeł ciepła jest połączony z turbiną oraz jest skonfigurowany tak, aby dostarczać wkład cieplny (na przykład ciepło) do części składowych turbiny, aby sterować luzami pomiędzy częściami składowymi turbiny. Zestaw czujników operacyjnych (na przykład termopary wewnętrznych powierzchni, termopary zewnętrznych powierzchni, czujniki odchylenia, czujniki luzu itp.) są rozmieszczone wokół turbiny oraz są przystosowane do uzyskiwania danych operacyjnych (na przykład temperatur, wielkości luzu itp.) dla części składowych turbiny. Podczas pracy technik oraz/albo urządzenie liczące przetwarza dane operacyjne uzyskane z czujników operacyjnych za pomocą prognostycznego modelu turbiny oraz na podstawie tego przetwarzania steruje działaniem źródeł ciepła rozmieszczonych wokół turbiny tak, aby sterować/regulować temperatury oraz wskaźniki rozszerzalności części składowej (na przykład powłoki). W rezultacie technik oraz/albo urządzenie liczące może sterować ogólnymi rzeczywistymi ruchami powłoki podczas procesów uruchamiania oraz wyłączania, oraz w ten sposób zmniejszać wymaganą wielkość luzów wewnątrz turbiny.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładzie wykonania na podstawie rysunków na których:

PL 225 446 B1

Fig. 1 jest trójwymiarowym, częściowo wyciętym widokiem perspektywicznym części turbiny, według przykładu wykonania wynalazku.

Fig. 2 pokazuje częściowy, trójwymiarowy, wycięty schematyczny widoku części turbiny, według przykładu wykonania wynalazku.

Fig. 3 pokazuje częściowy, trójwymiarowy, widok perspektywiczny zespołu membrany turbiny, według przykładu wykonania wynalazku.

Fig. 4 pokazuje trójwymiarowy, widok perspektywiczny części turbiny, według przykładu wykonania wynalazku.

Fig. 5 pokazuje schematyczną ilustrację otoczenia obejmującego zespół sterowania, według przykładu wykonania wynalazku.

Fig. 6 pokazuje schematycznie schemat blokowy przedstawiający części systemu elektrowni o cyklu złożonym, według przykładów wykonania wynalazku.

Fig. 7 pokazuje schematycznie schemat blokowy przedstawiający części systemu elektrowni o cyklu złożonym z pojedynczym wałem, według przykładów wykonania wynalazku.

Należy zauważyć, że w przykładach wykonania pokazanych oraz opisanych w odniesieniu do figur od 1 do 7, podobne oznaczenia liczbowe mogą oznaczać podobne elementy. Dla jasności zbędne wyjaśnienia tych elementów zostały pominięte. Na koniec, zrozumiałym jest, że części składowe z figur od 1 do 7 oraz ich towarzyszące opisy mogą być stosowane do dowolnych przykładów wyk onania opisanych w niniejszym.

Używany w niniejszym klucz kierunkowy w dolnej lewej części figur od 1 do 7 zastosowan y dla łatwości odniesienia. Jak pokazano ten klucz jest ukierunkowany względem widoków w zbliżeniu części turbiny opisanej w niniejszym. Na przykład, jak to użyto na figurach od 1 do 7, które pokazują widoki turbin, oś „z” przedstawia ukierunkowanie pionowe (albo promieniowe), oś „x” przedstawia kierunek poziomy (albo obwodowy) oraz oś „A” przedstawia kierunek osiowy (wzdłuż osi wirnika turbiny, pominiętego dla jasności).

Na załączonych figurach 1-4 przedstawiono przykłady zespołów oraz urządzeń, które są przystosowane aby zapewnić zespoły sterowania luzem cieplnym oraz urządzenia przystosowane do zmniejszania przemieszczeń cieplnych oraz/albo zmian pomiędzy częściami składowymi turbiny, przy czym te systemy ulepszają luzy turbiny oraz wydajność. Każda z części składowych na figurach może być połączona za pomocą konwencjonalnych środków, na przykład za pomocą wspólnego przewodu albo innych znanych środków, jak wskazano na figurach od 1 do 7.

Na fig. 1 przedstawiono perspektywiczny, częściowo wycięty obraz turbiny 10 gazowej albo p arowej. Turbina 10 zawiera wirnik 12, który zawiera obrotowy wał 14 oraz wiele rozmieszczonych osiowo kół 18 wirnika. Wiele obrotowych łopatek 20 jest połączonych mechanicznie z każdym kołem 18 wirnika. Bardziej konkretnie, łopatki 20 są rozmieszczone w rzędach, które rozciągają się obwodowo wokół każdego koła 18 wirnika. Wiele stacjonarnych łopatek 22 rozciąga się obwodowo wokół wału 14 oraz łopatki są usytuowane osiowo pomiędzy przyległymi rzędami łopatek 20. Stacjonarne łopatki 22 współpracują z łopatkami 20, aby utworzyć stopień oraz wyznaczyć część ścieżki przepływu pary wodnej przez turbinę 10.

Podczas pracy, gaz albo para wodna 24 wchodzi do wlotu 26 turbiny 10 oraz jest kierowana pomiędzy stacjonarnymi łopatkami 22. Łopatki 22 kierują gaz albo parę wodną 24 do dołu w kierunku łopatek 20. Gaz albo para wodna 24 przepływa przez pozostałe stopnie wywierając siłę na łopatki 20, powodując obrót wału 14. Co najmniej jeden koniec turbiny 10 może rozciągać się osiowo w kierunku od obrotowego wału 12 oraz może być zamocowany do obciążenia albo urządzenia (niepokazanego na fig.) takiego jak, ale nie ograniczonego do, generatora oraz/albo innej turbiny.

W jednym przykładzie wykonania, turbina 10 może zawierać pięć stopni. Pięć stopni jest okr eślanych jako L0, L1, L2, L3 oraz L4. Stopień L4 jest pierwszym stopniem oraz jest on najmniejszy (w kierunku promieniowym) spośród pięciu stopni. Stopień L3 jest drugim stopniem oraz jest on następnym stopniem w kierunku osiowym. Stopień L2 jest trzecim stopniem oraz jest on pokazany w środku pięciu stopni. Stopień L1 jest czwartym stopniem oraz stopniem przedostatnim. Stopień L0 jest ostatnim stopniem oraz jest największy (w kierunku promieniowym). Zrozumiałym jest, że pięć stopni jest pokazanych tylko jako jeden przykład, oraz każda turbina może mieć więcej albo mniej niż pięć stopni. Również jak to zostanie opisane w niniejszym, nauki wynikające z wynalazku nie wymagają turbiny wielostopniowej.

PL 225 446 B1

Wracając do fig. 2, został pokazany częściowy przekrój poprzeczny zespołu 500 sterowania luzem cieplnym, zawierającego źródło ciepła 122 usytuowane wokół części turbiny 100, według przykładów wykonania wynalazku.

Turbina 100 może zawierać część 102 powłoki (częściowo pokazaną na fig. 2) połączoną z m isą wylotową 104. Płyn roboczy o zmiennych temperaturach może przemieszczać się przez część 102 powłoki oraz misę wylotową 104 tak, aby wydostawać się przez króciec wylotowy 108. Jak to widać na fig. 2 źródło ciepła 122 (na przykład koc termiczny, poduszka termiczna, nagrzewnica, opór ceramiczny itp.) mogą być rozmieszczone wokół części 102 powłoki turbiny 100, oraz mogą zawierać wiele segmentowych (na przykład sterowanych niezależnie, niezależnych termicznie itp.) elementów cieplnych (na przykład elementów grzewczych, elementów chłodzących itp.). W przykładzie wykonania, warstwa izolacyjna 124 może być rozmieszczona wokół części 102 powłoki oraz/albo źródła ciepła 122. Podczas działania turbiny 100, szczególnie podczas chwilowego stanu pracy turbiny 100, źródło ciepła 122 może przykładać energię cieplną do części 102 powłoki tak, aby sterować zmianami cieplnymi oraz/albo przestrzennymi (na przykład luzami) pomiędzy częścią 102 powłoki oraz częściami składowymi turbiny (na przykład wirnikiem, łopatkami, powłoką wewnętrzną itp.) wystawionymi na przepływ płynu roboczego oraz znajdującymi się wewnątrz części 102 powłoki. W przykładzie wyk onania, technik może sterować źródłem ciepła 122 oraz manipulować wkładami cieplnymi (na przykład nagrzewaniem) zgodnie z parametrami oraz/lub warunkami operacyjnymi.

Jak można zobaczyć na fig. 2, urządzenie liczące 510 może być podłączone do źródła ciepła 122 oraz zestaw czujników operacyjnych 180 (pokazanych na fig. 3) może być rozmieszczonych wokół turbiny 100 oraz powłoki wewnętrznej 102. Jak to omówiono w niniejszym, technik oraz/albo urządzenie liczące 510 może sterować działaniem oraz wkładami cieplnymi źródła ciepła 122 tak, aby regulować ruch, przemieszczenie, rozszerzanie oraz/albo luzy części 102 powłoki. W przykładzie wykonania technik może sterować urządzeniem liczącym 510 oraz cieplnie sterować luzami w turbinie 100 poprzez urządzenie liczące 510. Podczas działania urządzenie liczące 510 może przetwarzać dane operacyjne uzyskane z czujników operacyjnych 180 oraz sterować źródłem ciepła 122 na podstawie danych operacyjnych. W jednym przykładzie wykonania, urządzenie liczące 510 może zawierać model 517 turbiny (na przykład model prognostyczny/algorytm) (pokazany na fig. 5), który może przetwarzać dane operacyjne, aby umożliwić aktywne sterowanie luzem cieplnym turbiny 100 (na przykład części 102 powłoki) na podstawie prognoz modelu. Urządzenie liczące 510 może aktywnie sterować temperaturą/przemieszczeniem części 102 powłoki zasadniczo w czasie rzeczywistym przez źródło ciepła 122, model 517 turbiny, oraz/albo dane operacyjne. W jednym przykładzie wykonania urządzenie liczące 510 może być usytuowane zdalnie względem turbiny 100 oraz/albo źródła ciepła 122. W innym przykładzie wykonania technik może ręcznie sterować wkładami cieplnymi poprzez źródło ciepła 122, na podstawie danych operacyjnych otrzymanych z zestawu czujników operacyjnych 180. W jednym przykładzie wykonania technik może monitorować zespół czujników operacyjnych 180 oraz manipulować działaniem źródła ciepła 122 przez urządzenie liczące 510. W innym przykładzie wykonania technik może monitorować zespół czujników operacyjnych 180 przez urządzenie liczące 510 oraz ręcznie manipulować działaniem źródła ciepła 122.

W jednym przykładzie wykonania urządzenie liczące 510 może sterować luzami wewnątrz turbiny 100 przez odnoszenie wartości luzu do wartości odchylenia powłoki oraz sterowanie wkładami cieplnymi do powłoki zgodnie z tą współzależnością. Urządzenie liczące 510 może manipulować wkładami cieplnymi ze źródła ciepła 122 na podstawie kombinacji wartości luzów oraz wartości odchylenia powłoki (na przykład ponieważ wiadomo, poprzez obserwację danych operacyjnych, że wartość luzu zmienia się, urządzenie liczące 510 oraz/albo technik mogą manipulować wkładem cieplnym ze źródła ciepła 122 aby uzyskać porównywalną/żądaną zmianę wartości odchylenia powłoki dla powiązanych części składowych). Źródło ciepła 122 może wprowadzić wkład cieplny do części składowych turbiny, regulując w ten sposób cieplnie części składowe oraz uzyskując rozszerzalność oraz/albo wartości odchylenia części składowych oraz ukierunkowania/rozmieszczenie (na przykład luzy) z innymi częściami składowymi. Zrozumiałym jest, że połączenie pomiędzy dowolnym spośród: czujników operacyjnych 180, urządzenia liczącego 510, źródła ciepła 122 oraz/albo turbiny 100 może być bezprzewodowe, przewodowo albo dowolnymi innymi środkami znanymi obecnie albo opracowanymi później.

Zwracając się do fig. 3, pokazano częściowy, trójwymiarowy widok perspektywiczny przykładu wykonania aktywnego systemu 220 sterowania cieplnego (na przykład systemu sterowania luzem), usytuowanego wokół turbiny 200. W tym przykładzie wykonania, system 220 sterowania cieplnego zawiera pierwsze źródło ciepła 222 (pokazane linią przerywaną), które jest konfigurowane/6

PL 225 446 B1 /ukształtowane tak, aby było usytuowane wokół pierwszej części powłoki turbiny (na przykład stojana, górnej połowy, dolnej połowy, itp.) oraz drugie źródło ciepła 224 (pokazane linią przerywaną), które jest skonfigurowane/ukształtowane tak, aby było usytuowane wokół drugiej części powłoki turbiny (na przykład stojana, górnej połowy, dolnej połowy, itp.). Pierwsze źródło ciepła 222 oraz drugie źródło ciepła 224 mogą dostarczać regulowaną energię cieplną do turbiny 200 oraz/albo powłoki turbiny tak, aby manipulować luzami wewnątrz turbiny 200. W jednym przykładzie wykonania system 220 sterowania cieplnego może być utworzony jako jednolita część składowa/korpus (na przykład jeden element) ukształtowany tak, że jest usytuowany wokół turbiny 200. W innym przykładzie wykonania, system 220 sterowania turbiną może być utworzony jako zespół wielu części składowych (na przykład elementów, elementów segmentowych itp.), które mogą zawierać dowolne materiały nieznane albo opracowane później. Pierwsze źródło ciepła 222 oraz drugie źródło ciepła 224 mogą zawierać takie same albo różne elementy grzewcze/właściwości (na przykład elektryczny element grzewczy, element grzewczy na gorącą wodę, element grzewczy na parę, ceramiczny oporowy element grzewczy itp.) względem siebie.

W przykładzie wykonania, system 220 sterowania cieplnego może zawierać wiele czujników operacyjnych 180 rozmieszczonych wokół turbiny 200. Czujniki operacyjne 180 mogą zawierać sondy luzu, termopary, termometry, czujniki przemieszczenia, laserowe czujniki odchylenia itp., oraz mogą być usytuowane wokół oraz/albo wewnątrz turbiny 200. W przykładzie wykonania czujniki operacyjne 180 mogą zawierać pierwszy zestaw czujników 182 oraz drugi zestaw czujników 184. Pierwszy zestaw czujników 182 może być usytuowany w pobliżu pierwszego źródła ciepła 222 (na przykład na górnej części turbiny 200) tak, aby monitorować temperatury oraz przemieszczenia powłoki turbiny wywołane przez pierwsze źródło ciepła 222 oraz drugi zestaw czujników 184 może być usytuowany w pobliżu drugiego źródła ciepła 224 (na przykład na dolnej części turbiny 200) tak, aby monitorować temperatury oraz przemieszczenia powłoki turbiny wywołane przez drugie źródło ciepła 224. Zrozumiałym jest, że chociaż system 220 sterowania cieplnego jest pokazany jako zawierający pierwsze źródło ciepła 222 oraz drugie źródło ciepła 224, zgodnie z wynalazkiem może być używana dowolna ilość oraz/albo konfiguracja źródeł ciepła znanych obecnie albo opracowanych w przyszłości.

Wracając się do fig. 4, pokazano częściowy, trójwymiarowy widok perspektywiczny części źródła ciepła 320 usytuowanego wokół powłoki 302 turbiny 300, zgodnie z przykładem wykonania wyn alazku. W tym przykładzie wykonania źródło ciepła 320 zawiera wiele segmentowych źródeł ciepła, zawierających pierwsze segmentowe źródło ciepła 322, drugie segmentowe źródło ciepła 324 oraz trzecie segmentowe źródło ciepła 328. Wiele segmentowych źródeł ciepła 322, 324 oraz 328 może być niezależnych względem siebie oraz może dokonywać różnych oraz/albo zmiennych wkładów cieplnych do turbiny 300, na podstawie wskazówek od technika oraz/albo urządzenia liczącego 510. Jak to można zobaczyć na fig. 4, wiele segmentowych źródeł ciepła 322, 324 oraz 328 może być usytuowanych wokół części 302 powłoki w wielu układach oraz konfiguracjach oraz może być usytuowanych w pobliżu albo w odległości względem siebie. W przykładzie wykonania pierwsze segmentowe źródło ciepła 322 oraz drugie segmentowe źródło ciepła 324 mogą być usytuowane w pobliżu względem siebie na części 302 powłoki oraz w pewnej odległości względem trzeciego segmentowego źródła ciepła 328 na części 302 powłoki. Ta konfiguracja może umożliwiać zwiększoną reakcję/sterowanie luzem cieplnym w obszarach części 302 powłoki oraz zmniejszoną reakcję w innych obszarach części 302 powłoki. W jednym przykładzie wykonania wiele segmentowych źródeł ciepła 322, 324 oraz 328 może wzmocnić aktywne sterowanie luzem cieplnym pomiędzy częściami składowymi turbiny 100 przez umożliwienie wkładów cieplnych, które są bardziej dokładne dla podanych wielkości cieplnych sekcji.

Jak to przedstawiono na fig. 5 zespół 500 sterowania luzem cieplnym jest pokazany jako zawierający źródło ciepła 120 połączone z urządzeniem liczącym 510 oraz turbiną 100 według przykładu wykonania wynalazku. Zespół 500 sterowania luzem cieplnym zawiera infrastrukturę komputerową 502, która może wykonywać różne procesy opisane w niniejszym. W szczególności jest pokazana infrastruktura komputerowa 502 zawierająca urządzenie liczące 510, które zawiera system 507 zarządzania luzem cieplnym, który umożliwia urządzeniu liczącemu 510 analizowanie oraz/albo prognozowanie warunków (na przykład luzów, przemieszczeń temperatur, ruchów itp.) części turbiny 100 (na przykład złączy, powłok, powierzchni, przewodów itp.) przez wykonywanie etapów procesu ujawnienia. W jednym przykładzie wykonania urządzenie liczące 510 może ustalić szczelinę luzu pomiędzy częściami składowymi turbiny 100, przewidzieć zmiany w rozmiarze szczeliny luzu podczas pracy turbiny oraz/albo regulacji temperatury oraz/albo manipulować temperaturą części składowych turbiny 100 przez źródło ciepła 120. Zespół 500 sterowania luzem cieplnym może być obsługiwany ręcznie

PL 225 446 B1 przez technika, automatycznie przez urządzenie liczące 510 oraz/albo w połączeniu z technikiem oraz urządzeniem liczącym 510.

Jak wspomniano uprzednio, oraz omówiono dodatkowo poniżej, zespół 507 zarządzania luzem cieplnym wywiera skutek techniczny pozwalając urządzeniu liczącemu 510, wykonywać między innymi, monitorowanie luzu, korygowanie oraz/albo regulację opisane w niniejszym. Zrozumiałym jest, że niektóre spośród różnych części składowych pokazanych na fig. 5 mogą być wdrożone niezależnie, w połączeniu oraz/albo przechowywane w pamięci przez jedno albo więcej oddzielnych urządzeń liczących, które są zawarte w urządzeniu liczącym 510. Ponadto zrozumiałym jest, że niektóre spośród części składowych oraz/albo funkcji mogą nie być wdrożone albo mogą być uwzględnione dodatkowe schematy oraz/albo funkcje, jako część systemu 507 zarządzania cieplnego.

Proponuje się urządzenie liczące 510 mające pamięć 512, procesor (PU) 514, interfejs wejścia/wyjścia (I/0) 516, oraz szynę zbiorczą 518. Ponadto pokazano urządzenie liczące 510 w połączeniu z urządzeniem/źródłem zewnętrznym I/0 520 oraz systemem pamięci masowej 522. Jak wiadomo ze stanu techniki, ogólnie procesor PU 514 realizuje oprogramowanie, takie jak system 507 zarządzania cieplnego, który jest przechowywany w pamięci 512 oraz/albo w systemie pamięci masowej 522. Podczas realizacji oprogramowania, procesor PU 514 może odczytywać oraz/albo zapisywać dane, takie jak graficzny interfejs użytkownika 530 oraz/albo dane operacyjne 532 na/z pamięci 512, pamięci masowej 522 oraz/albo interfejsie I/0 516. Szyna zbiorcza 518 zapewnia połączenie pomiędzy każdą częścią składową w urządzeniu liczącym 510. Urządzenie wejście/wyjście I/0 520 może zawierać dowolne urządzenie, które umożliwia użytkownikowi wzajemne oddziaływanie z urządzeniem liczącym 510 albo dowolne urządzenie, które umożliwia urządzeniu liczącemu 510 komunikowanie się z jednym albo więcej innych urządzeń liczących. Urządzenia wejście/wyjście (obejmujące, ale nie ograniczone do klawiatury, wyświetlacze, urządzenia wskazujące itp.) mogą być podłączone do systemu albo bezpośrednio albo poprzez sterowniki interwencyjne I/0.

W niektórych przykładach wykonania, jak pokazano na fig. 5, zespół 500 sterowania luzem cieplnym może zawierać zespół czujników operacyjnych 180 połączony z turbiną 100 oraz połączonych komunikacyjnie z urządzeniem liczącym 510 (na przykład za pomocą środków bezprzewodowych albo przewodowych). Czujniki operacyjne 180 mogą uzyskać zestaw danych operacyjnych 532 (na przykład temperatur części składowych, przemieszczeń, temperatur, płynów roboczych itp.), oraz przekazywać dane operacyjne 532 do urządzenia liczącego 510, do przetwarzania za pomocą systemu 507 zarządzania luzem cieplnym oraz/albo prognostycznego modelu 517 turbiny jako część regulacji/manipulacji źródłem ciepła 120. W jednym przykładzie wykonania urządzenie liczące 510 może sterować luzami (na przykład odchyleniami powłoki, zmniejszaniem do minimum odchyleń powłoki itp.) wewnątrz turbiny 100, przez przetwarzanie danych operacyjnych 532 oraz regulowanie stanu roboczego (na przykład zakresu temperatur, wsadu ciepła itp.) źródła ciepła 120, na podstawie częściowo prognostycznego modelu 517. W jednym przykładzie wykonania czujniki operacyjne 180 mogą zawierać termopary, które mogą dostarczać dane operacyjne 532 do urządzenia liczącego 510 jako dane zwrotne dla prognostycznego modelu 517 oraz/albo systemu 507 zarządzania luzem cieplnym. W jednym przykładzie wykonania system 507 zarządzania luzem cieplnym może sterować zestawem źródeł ciepła 120, 122 oraz 124 usytuowanych wokół turbiny 100, oraz manipulować luzami wewnątrz turbiny 100 przez wkłady cieplne ze źródeł ciepła 120, 122 oraz 124.

W każdym razie, urządzenie liczące 510 może zawierać dowolne urządzenie przetwarzające ogólnego przeznaczenia, zdolne do wykonywania programu komputerowego zainstalowanego przez użytkownika (na przykład komputer osobisty, serwer, urządzenie ręczne itp.). Jednakże zrozumiałym jest, że urządzenie liczące 510 jest tylko przedstawicielem różnych możliwych równoważnych urządzeń przetwarzających oraz/albo techników, którzy mogą wykonywać różne etapy procesu według ujawnienia. W tym zakresie, w innych przykładach wykonania, urządzenie liczące 510 może zawierać dowolne urządzenie przetwarzające specjalnego przeznaczenia, w wykonaniu obejmującym sprzęt komputerowy oraz/albo oprogramowanie do wykonywania określonych funkcji, dowolne urządzenie przetwarzające, w wykonaniu które zawiera połączenie sprzętu komputerowego/oprogramowania szczególnego zastosowania, oraz ogólnego zastosowania albo podobne. W każdym przypadku oprogramowanie oraz sprzęt komputerowy mogą być wytworzone przy użyciu odpowiednio standardowych technik programowania oraz technik inżynierskich. W jednym przykładzie wykonania urządzenie liczące 510 może być/zawierać rozprowadzany system sterowania.

Na fig. 6 pokazano schematyczny widok części wielowałowej elektrowni 900 o cyklu złożonym. Elektrownia 900 o cyklu złożonym (elektrociepłownia) może zawierać na przykład turbinę gazową 980

PL 225 446 B1 połączoną roboczo z generatorem 970. Generator 970 oraz turbina gazowa 980 mogą być połączone mechanicznie przez wał 915, który może przenosić energię pomiędzy wałem napędowym (niepokazanym na fig.) turbiny gazowej 980 oraz generatorem 970. Również pokazano na fig. 6 wymiennik ciepła 986 połączony roboczo z turbiną gazową 980 oraz turbiną parową 992. Wymiennik ciepła 986 może być połączony cieczowo zarówno z turbiną gazową 980 oraz z turbiną parową 992 przez konwencj onalne przewody (pominięto numerowanie). Turbina gazowa 980 oraz/albo turbina parowa 992 może być połączona systemem 500 sterowania luzem cieplnym z fig. 2 albo innymi przykładami wykonania, opisanymi w niniejszym. Wymiennik ciepła 986 może być konwencjonalnym generatorem pary z odzyskiem ciepła (HRSG), takim jak generatory używane w konwencjonalnych systemach o cyklu złożonym (elektrociepłowniach). Jak wiadomo ze stanu techniki wytwarzania energii elektrycznej, generator pary z odzyskiem ciepła (HRSG) 986 może używać gorących gazów spalinowych z turbiny gazowej 980, połączonych z zasilaniem w wodę, aby wytwarzać parę wodną, która jest podawana do turbiny parowej 992. Turbina parowa 992 może opcjonalnie być połączona z drugim systemem generatora 970 (przez drugi wał 915). Zrozumiałym jest, że generatory 970 oraz wały 915 mogą być dowolnego rozmiaru albo typu znanego ze stanu techniki oraz mogą się różnić zależnie od ich zastosowania albo zespołu, do którego zostały podłączone. Wspólne numerowanie generatorów oraz wałów ma na celu jasność oraz niekoniecznie sugeruje, że te generatory albo wały są identyczne. W innym przykładzie wykonania, pokazanym na fig. 7, elektrownia 990 z jednym wałem, o cyklu złożonym, może zawierać pojedynczy generator 970 połączony zarówno do turbiny gazowej 580 jak i do turbiny parowej 992 przez pojedynczy wał 915. Turbina parowa 992 oraz/albo turbina gazowa 980 może być połączona z systemem 500 sterowania luzem cieplnym z fig. 2 albo z innych przykładów wykonania opisanych w niniejszym.

Zespoły oraz urządzenia z niniejszego ujawnienia nie są ograniczone do żadnej konkretnej turbiny, systemu wytwarzania energii elektrycznej albo innego systemu, oraz mogą być używane z inn ymi systemami wytwarzania energii elektrycznej oraz/albo systemami (na przykład, o cyklu złożonym, o cyklu prostym, z reaktorem jądrowym itp.). Dodatkowo systemy oraz urządzenia według niniejszego wynalazku mogą być używane z innymi systemami nieopisanymi w niniejszym, które mogą korzystać z zarządzania ciepłem oraz sterowania systemami oraz urządzeniami opisanymi w niniejszym.

Zakres wynalazku podlegający ochronie patentowej jest zdefiniowany przez zastrzeżenia patentowe, oraz może zawierać inne przykłady, które nasuną się specjalistom w branży. Inne przykłady mieszczą się w zakresie zastrzeżeń patentowych, jeżeli mają elementy konstrukcyjne, które nie różnią się od dosłownego języka zastrzeżeń patentowych, albo jeżeli zawierają równoważne elementy konstrukcyjne z nieistotnymi zmianami w stosunku do dosłownego języka zastrzeżeń patentowych.

Claims (15)

1. Zespół sterowania cieplnego dla turbiny, zawierający źródło ciepła do termicznego połączenia z częścią turbiny oraz zestaw czujników usytuowanych wokół turbiny do rejestrowania danych operacyjnych z turbiny, znamienny tym, że zawiera urządzenie liczące (510) połączone komunikacyjnie ze źródłem ciepła (122) oraz z zestawem czujników operacyjnych (180), przy czym urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do regulowania wsadu cieplnego ze źródła ciepła (122) do turbiny (100), poprzez wykonywanie działań zawierających:

wytwarzanie modelu prognostycznego (517) turbiny obejmującego dane operacyjne od zestawu czujników, przy czym model prognostyczny odnosi się do danych operacyjnych powiązanych z c echami termicznymi turbiny w postaci jednego z luzów pomiędzy elementami składowymi turbiny i odchylenia termicznego w części turbiny, oraz prognozowanie wartości cech termicznych w części turbiny w ustalonej temperaturze przy użyciu modelu prognostycznego i ustalanie wsadu cieplnego ze źródła ciepła do uzyskania ustalonej temperatury i prognozowanej wartości cechy termicznej w części turbiny.

2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że źródło ciepła (122) zawiera wiele segmentowych elementów cieplnych (222, 224).

3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że źródło ciepła (122) zawiera co najmniej jeden element spośród koca termicznego, poduszki termicznej, ceramicznej wkładki oporowej albo elektrycznego elementu grzejnego.

PL 225 446 B1

4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zestaw czujników operacyjnych (180) zawiera co najmniej jeden element spośród termopary, sondy luzu albo czujnika odchylenia.

5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do regulowania działania źródła ciepła (122) w czasie rzeczywistym, w oparciu o dane operacyjne.

6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do sterowania źródłem ciepła schładzającym i nagrzewającym turbinę podczas regulacji wsadu cieplnego ze źródła ciepła.

7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że model prognostyczny (517) zawarty w urządzeniu liczącym (510) jest modelem ponadto do ustalania danych operacyjnych do każdego luzu pomiędzy elementami turbiny i odchyleniem termicznym w części turbiny.

8. Zespół wytwarzania energii elektrycznej zawierający turbinę oraz źródło ciepła połączone z turbiną, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedno urządzenie liczące (510) komunikacyjnie połączone z turbiną (100) i źródło ciepła (122), przy czym co najmniej jedno urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do cieplnego zarządzania luzami pomiędzy częściami składowymi turbiny poprzez wykonywanie działań zawierających przetwarzanie danych operacyjnych z zespołu czujników usytuowanych wokół turbiny tworzących model prognostyczny turbiny bazujący na uzyskanych danych operacyjnych, przy czym model prognostyczny jest modelem do ustalania danych operacyjnych względem luzu pomiędzy elementami w części turbiny, przewidywanie wartości luzu pomiędzy elementami w części turbiny dla ustalonej temperatury przy użyciu modelu prognostycznego ustalenie wsadu ze źródła ciepła dla uzyskania ustalonej temperatury i przewidywanej wartości luzu pomiędzy elementami w części turbiny.

9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że źródło ciepła (122) zawiera wiele segmentowych elementów cieplnych.

10. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że co najmniej jedno urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do sterowania co najmniej jedną wartością luzu w turbinie przez źródło ciepła.

11. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że co najmniej jedno urządzenie liczące (510) jest urządzeniem ponadto do sterowania źródłem ciepła do schładzania i ogrzewania turbiny podczas ustalania termicznego wsadu ze źródła ciepła (122).

12. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że zestaw czujników (180) zawiera co najmniej jeden element spośród termopary, sondy luzu albo czujnika odchylenia.

13. Turbina zawierająca zespół sterowania cieplnego, przy czym turbina zawiera stojan oraz kanał przepływu płynu roboczego, otoczony przez stojan, zaś wewnątrz kanału przepływu płynu roboczego jest umieszczony wirnik skonfigurowany promieniowo, przy czym zespół sterowania cieplnego jest usytuowany wokół stojana, znamienna tym, że system sterowania cieplnego zawiera zestaw czujników (180), usytuowanych wokół turbiny (200), do rejestrowania danych operacyjnych z turbiny (200) oraz źródło ciepła (320) połączone ze stojanem w komunikacji termicznej z częściami turbiny, przy czym ze źródłem ciepła jest połączone komunikacyjnie urządzenie liczące (510), zaś urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do zarządzania termicznego luzami pomiędzy elementami turbiny (200) poprzez wprowadzenie działania zawierającego przetwarzanie danych operacyjnych z zestawu czujników (180), wytwarzanie modelu prognostycznego (517) turbiny (200) obejmującego dane operacyjne, przy czym model prognostyczny (517) jest modelem dla; danych operacyjnych powiązanych z cechami termicznymi turbiny, w postaci jednego z luzów pomiędzy elementami składowymi w części turbiny i odchylenia termiczne w części turbiny, oraz prognozowanie wartości cech termicznych w części turbiny w ustalonej temperaturze przy użyciu modelu prognostycznego (517) i ustalenie wsadu cieplnego ze źródła ciepła do uzyskania ustalanie temperatury i prognozowanej wartości cechy termicznej w części turbiny.

14. Turbina według zastrz. 13, znamienna tym, że źródło ciepła (320) zawiera wiele segmentowych elementów (322, 324, 328) cieplnych,

15. Turbina według zastrz. 13, znamienna tym, że urządzenie liczące (510) jest urządzeniem do wytwarzania modelu prognostycznego (517) turbiny (200), który jest modelem do ustalania związku danych operacyjnych dla każdego luzu termicznego pomiędzy elementami turbiny i odchyleniami termicznymi w części turbiny.