WO2017194240A1 - Verfahren und system zur bestimmung von zustandsgrössen eines betriebsfluids - Google Patents

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WO2017194240A1
WO2017194240A1 PCT/EP2017/057039 EP2017057039W WO2017194240A1 WO 2017194240 A1 WO2017194240 A1 WO 2017194240A1 EP 2017057039 W EP2017057039 W EP 2017057039W WO 2017194240 A1 WO2017194240 A1 WO 2017194240A1
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state
unit
turbine
operating fluid
determining
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PCT/EP2017/057039
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Kai Fischer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining at least one state variable of an operating fluid ei ⁇ ner turbine for a thermodynamic calculation on the turbine. Furthermore, the present invention relates to a system for determining at least one state variable of an operating fluid of a turbine for a thermodynamic calculation of the turbine.
  • state libraries such as eg material value tables or medi ⁇ tables, are used for an operating fluid of the turbine.
  • An example of a state library is the water vapor panel, which lists a variety of water vapor condition points. Each state point is a variety of
  • State variables such as Pressure, temperature, specific volume of water / steam, density of water / steam, enthalpy of water / steam and heat of vaporization, assigned.
  • state libraries for air such as dry air or gas mixtures known.
  • a ⁇ be certain state point is clearly defined.
  • the remaining state variables associated with the state point can be derived from the state point.
  • Wei ⁇ se a status are at midpoint of the operating fluid to almost anywhere in the Turbi ⁇ ne, for example, the system input to an extraction point, behind a turbine stage in a wheel space or the like, by measuring two state variables in these places Can be determined and thus the other state variables associated with the state point derivable or determinable.
  • the individual state variables are therefore defined via a state variable function.
  • the state libraries are stored in a central storage unit and read out from the central storage unit for thermodynamic calculation as required. In thermodynamic balancing in turbine computation programs, these state libraries are queried, for example, by solver or iteration.
  • thermodynamic optimization of turbines complexity of turbine circuits and thus ei ⁇ ne complexity of thermodynamic calculations increases.
  • complexity of the thermodynamic computations increases, so does the number of state library queries required.
  • Such a query may be required, for example, at a frequency of over 50,000 queries per second.
  • a computing power of a system for determining state variables is considerably reduced.
  • Another problem of known methods and systems for determining state variables for the thermodynamic calculation of a turbine is that such queries can only take place sequentially. In software development, this is often referred to as "single threaded.” Can thus take place following From ⁇ ask only if a previous query is executed. In this way, the system for determining state variables will be further slowed down.
  • the object of the present invention to provide a method and a system for determining state variables of an operating fluid which eliminate or at least partially overcome the disadvantages of the prior art. It is particularly the object of the present invention to provide a method and a system for determining at least one inlet of the stand area of a working fluid of a turbine for a thermodynamic calculation of the turbine to provide the inexpensive enable with simple means, as well as a faster Bestim ⁇ mung state variables.
  • the above problem is solved by the claims. Accordingly, the object is achieved by a method for determining at least one state variable of an operating fluid of a turbine for a thermodynamic calculation of the turbine according to claim 1.
  • the object is ge ⁇ solve by a method for determining at least a second state amount of an operating fluid of a turbine of a thermodynamic calculation of the turbine by means of a turbine calculation software.
  • the method comprises the follow ⁇ the steps:
  • a state library is provided in a first memory unit.
  • the state library has a plurality of state information for determining state points of the operation fluid. It can be inventively provided that the Be ⁇ riding position is performed only once by apecializingsBiblio- thek is provided with all necessary state information.
  • the state points have at least a first state variable and at least one second state variable.
  • the state points include a plurality of state variables, wherein a state point already, preferably by two different state variables, such as pressure and tempera ture ⁇ , is uniquely defined.
  • the others are also clearly determined to ⁇ state variables for this state point.
  • the first state variable is a state variable which is used as the input variable for the determination of the second state variable.
  • the second to stand ⁇ size is a state variable, the erfindungsge ⁇ Gurss not measured but determined based on the first state variable and at least one state information as an output variable.
  • the first storage unit may, for example, in a centrally ⁇ eral server.
  • the first memory unit is preferably designed as a permanent memory unit, on which even after ei ⁇ nem shutdown of the server stored data is retained.
  • At least one state information from the first storage unit in a second storage unit shall be transferred means of a ⁇ tragungsaku.
  • the transfer can be carried out, for example, completely or in part.
  • the status information can be carried out, for example, regionally and / or granularly.
  • An area-wise ses transfer is preferably carried out over a occurring in the intended use of the turbine operating range of the operating fluid, which comprises steam at beispielswei ⁇ se between 0.1 and 120 bar and 20 to 700 ° C.
  • Granular transmission of state information reduces a density of state information. In the case of a table, this may mean, for example, that only a few lines, eg only every other line, are transmitted.
  • this corresponds to a filtering with a constant or substantially constant grid.
  • the missing state points can be determined, for example, by interpolation or an approximation method.
  • a query of the state point or the state variables takes place from the first memory unit.
  • state points queried in this way are stored in the second memory unit. In order to achieve the highest possible computing speed in the determination of the state variable, the finest possible granulation, ie high data density, should be selected.
  • At least a first state variable of the operating fluid is determined by means of a discovery ⁇ unit.
  • a determining unit may be formed by a transmitter arranged on a turbine of a sensor beispielswei ⁇ se as a sensor for detecting the first state variable or as a receiving unit for receiving the first state variable, for example.
  • a state of the operating fluid can be determined from the determined first state variables, and then the second state variable to be determined can be derived from the state point.
  • the invention may also be provided that are derived ⁇ to state variables of a detected state of a plurality of second point.
  • the second storage unit is preferably physically closer to the determination unit ⁇ ranked as the first storage unit so that access to data of the second storage unit can be made faster than data of the first storage unit.
  • the second memory unit is designed for faster reading of data than the first memory unit.
  • the second memory is designed as a working memory of the determination unit.
  • the method according to the invention has the advantage that by providing status information on a second memory unit, state information can be queried much faster than with conventional methods.
  • a data traffic between a determination unit and the first Spei ⁇ cherü is significantly reduced.
  • an interrogation load of the first memory unit is considerably reduced, since this is shifted to the second memory unit.
  • a granulated transmitting status Informa ⁇ functions of the first storage unit to the second spoke pure ⁇ standardized amounts of data are reducible so that the second storage unit requires a smaller storage capacity than the ers ⁇ th memory unit.
  • reducing ⁇ the calculation times in determining the second state variable. This is a high number of thermodynamic calculations especially in turbines is advantageous in de ⁇ nen and therefore a high number of control actions is required.
  • the at least one state information is available as a state variable vector, state variable belle, state size function or state size diagram is provided.
  • a state variable vector of an operating fluid is a group of associated state variables of the operating fluid and thus defines a state point of the operating fluid. Every operating point is therefore a ⁇ to stand size vector assigned or assignable.
  • Size table a status is a tabular display of operating ⁇ score and thus of state variable vectors.
  • a state variable function is a function of several variables, namely lent at least a first state variable and at least egg ⁇ ner second state variable. To determine a plurality of second state variables, therefore, a plurality of state variable functions are required.
  • the individual points of the diagram each describe an operating point from which all are to ⁇ state variables be read or derived.
  • Such state information of the operating fluid has the advantage that the determination of a second state variable taking into account at least one first state variable can be carried out easily and very quickly.
  • State variable functions and status size charts have the further advantage that the operating points are in analog form and thus not in ⁇ must be terpolation.
  • Diagrams have the further advantage that the second state variable is easy to read and no longer has to be computationally determined.
  • the at least one state information is provided in a water vapor plate or a diagram (eg hs diagram).
  • a water vapor plate or a diagram eg hs diagram
  • Such panels and diagrams are particularly suitable for the thermodynamic calculation of turbines, since water vapor is a common operating fluid of turbines. Determining an operating point is easily possible in an hs diagram, for example over two first state variables. The second state variables are easily read from the operating point.
  • the first storage unit a Festplat ⁇ space A and / or an EEPROM may be used.
  • Such storage devices have that on Holographic ⁇ nen data is retained until these are deleted, overridden or memory unit is damaged the advantage.
  • the data stored on the first storage unit also remain in an off state of a system for determining at least one state variable of an operating fluid of a turbine.
  • a RAM or an EEPROM is used as the second memory unit.
  • Such storage units have the advantage that these particular speeds Lesegeschwindig- a particularly high compared to hard disk storage and have a high mechanical shock resistance ⁇ . Therefore, such storage units are particularly suitable for rapidly providing status information of an operating fluid. Moreover, they have a high Schreibge ⁇ speed, so that for example can be carried out transmitting the state information from the first storage unit into the second memory unit when booting the system.
  • Another advantage is that the determination unit can be optimized here, in the way that (also called "multithreading") simultaneous Abfra ⁇ gen are possible. Multithreading more status information can be retrieved at the same time. This is a speed in determining This is particularly advantageous when a large number of status information queries have to be made within a certain period of time, and these storage units are particularly advantageous in an environment of high mechanical vibration.
  • a temperature and / or a pressure are determined by measuring as the at least one first state variable.
  • Such first to ⁇ state variables are easy to measure by a temperature sensor or a pressure sensor.
  • these first Stand sizes are used for a thermodynamic calculation of a turbine.
  • An enthalpy, entropy, a specific volume, a density, an isentropic exponent, a dew point ⁇ temperature or relative humidity is determined more preferably as at least one second supply stand size.
  • these two ⁇ th state variables are readily determinable, for example of a HS diagram or by means of a state variable function.
  • these second state variables can be used for a thermodynamic calculation of a turbine.
  • a state point of the operation fluid based on the at least one determined first state amount and the at least one state information of the second storage unit is determined and the at least one second stand size to ⁇ is derived from the determined state point.
  • a state point of steam is, for example, determined by two ers ⁇ th state variables, such as temperature and pressure. From a given state point, the second state ⁇ sizes are readily derivable or read.
  • the object is achieved according to the invention it ⁇ by a system for providing at least a second state amount of an operating fluid of a Turbi ⁇ ne for a thermodynamic calculation of the turbine by means of a turbine calculation software.
  • the system comprises a first storage unit, a determination unit and a determination unit.
  • the first memory unit is for storing a state library having a plurality of state information for determining state points of the operating fluid, the determining unit for determining at least a first state variable of the operating fluid and the determining unit for determining at least one second state variable based on the at least one determined ers ⁇ th State variable and at least one state information educated.
  • the system has a second memory ⁇ unit and a transmission unit.
  • the second SpeI ⁇ cherü is adapted to store at least one of state information for determining state points of the operating fluid and the transfer unit for transferring at least one status information from the first storage unit into the second storage unit.
  • the Bestim ⁇ mung unit is adapted for reading out data stored by the second storage unit status information.
  • the system according to the invention for providing a second state variable of an operating fluid has the advantage over known systems that state information of an operating fluid can be stored on the second storage unit and thus be queried much faster than from the first storage unit, as is usual in conventional systems. A data traffic between the determination unit and the first storage unit is thus substantially reduced. Accordingly, by means of the system according to the invention, a query load of the first storage unit can be considerably reduced, since it can be moved onto the second storage unit. Thus, calculation times can be reduced in the determination of the second state variable. This is particularly Tur ⁇ turbines advantageous where a high number of thermodynamic calculations and thus a high number of control actions is required.
  • the system is designed for carrying out a method according to the invention.
  • Figure 2 in a plan view of an inventive system with a turbine.
  • a method according to the invention is shown schematically in a flow chart.
  • a status library with a first memory unit 2 (see FIG. 2) is provided.
  • the state ⁇ library comprises a plurality of state information for determining state points of the operating fluid.
  • the state points are determined by at least a first state variable and a second state variable.
  • the state points are ⁇ finiert by two first state variables clearly de.
  • a second method step 200 (see Fig., 2) (cf. Figure 2..)
  • a transfer unit 4 At least one ⁇ state information from the first storage unit 2 in a second storage unit 3 transmitted.
  • a third method step 300 at least a first state ⁇ size, preferably two state variables of the operating fluid by means of a Determined ⁇ averaging unit 5 (see. Fig. 2) is determined, eg, by measuring.
  • a fourth method step 400 at least one second state variable is determined on the basis of the at least one determined first state variable and the at least one state information of the second memory unit by means of a determination unit 6, for example by reading from a table or deriving a diagram.
  • a plurality of different second state variables for a state point can be determined in the fourth method step 400.
  • the third method step 300 and the fourth method step 400 can be repeated as often as desired.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of a turbine 1 with an arranged thereon inventive system 7 for determining at least a second state amount of an operating fluid of a turbine 1 by means of a Turbinenberech ⁇ recognition software.
  • a system boundary of the system 7 is indicated by a dashed line.
  • the system 7 comprises a turbine disposed at the 1 basic unit 8 in which a second storage unit 3, a detection unit 5 and a Bestim ⁇ mung unit are arranged. 6
  • a first memory unit 2 of the system 7 is arranged in a central server 9 and connected to the second memory unit 3 by means of a transmission unit 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine (1) für eine thermodynamische Berechnung der Turbine (1) mittels einer Turbinenberechnungssoftware. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: - Bereitstellen einer Zustandsbibliothek in einer ersten Speichereinheit (2), wobei die Zustandsbibliothek eine Mehrzahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids aufweist, wobei die Zustandspunkte durch mindestens eine erste Zustandsgröße und eine zweite Zustandsgröße bestimmt sind, - Übertragen mindestens einer Zustandsinformation aus der ersten Speichereinheit (2) in eine zweite Speichereinheit (3) mittels einer Übertragungseinheit (4), - Ermitteln mindestens einer ersten Zustandsgröße des Betriebsfluids mittels einer Ermittlungseinheit (5), und - Bestimmen der mindestens einen zweiten Zustandsgröße mittels einer Bestimmungseinheit (6) auf Basis der mindestens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit (3). Ferner betrifft die Erfindung ein System (7) zur Bereitstellung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine (1) für eine thermodynamische Berechnung der Turbine (1) mittels einer Turbinenberechnungssoftware.

Description

Beschreibung
Verfahren und System zur Bestimmung von Zustandsgrößen eines Betriebsfluids
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Betriebsfluids ei¬ ner Turbine für eine thermodynamische Berechnung an der Tur- bine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Betriebs- fluids einer Turbine für eine thermodynamische Berechnung der Turbine . Für eine thermodynamische Berechnung von Turbinen werden Zu- standsbibliotheken, wie beispielsweise Stoffwert- bzw. Medi¬ entabellen, für ein Betriebsfluid der Turbine verwendet. Ein Beispiel für eine Zustandsbibliothek ist die Wasserdampfta- fel, in der eine Vielzahl von Zustandspunkten von Wasserdampf aufgelistet ist. Jedem Zustandspunkt ist eine Vielzahl von
Zustandsgrößen, wie z.B. Druck, Temperatur, spezifisches Volumen von Wasser/Dampf, Dichte von Wasser/Dampf, Enthalpie von Wasser/Dampf und Verdampfungswärme, zugeordnet. Ferner sind Zustandsbibliotheken für Luft, wie z.B. trockene Luft oder Gasgemische bekannt.
Durch Vorgabe von mindestens zwei Zustandsgrößen ist ein be¬ stimmter Zustandspunkt eindeutig definiert. Somit können die übrigen dem Zustandspunkt zugeordneten Zustandsgrößen aus dem Zustandspunkt abgeleitet bzw. bestimmt werden. Auf diese Wei¬ se sind für das Betriebsfluid an nahezu jedem Ort der Turbi¬ ne, z.B. am Systemeingang, an einer Entnahmestelle, hinter einer Turbinenstufe, in einem Radraum oder dergleichen, durch Messung von zwei Zustandsgrößen an diesen Orten ein Zustands- punkt an der Messstelle ermittelbar und somit die übrigen zum Zustandspunkt zugehörigen Zustandsgrößen ableitbar bzw. bestimmbar. Die einzelnen Zustandsgrößen sind demnach über eine Zustandsgrößenfunktion definiert . Bei bekannten Verfahren und Systemen zur Bestimmung von Zu- standsgrößen für die thermodynamische Berechnung einer Turbine werden die Zustandsbibliotheken in einer zentralen Speichereinheit abgelegt und zur thermodynamischen Berechnung nach Bedarf aus der zentralen Speichereinheit ausgelesen. Bei einem thermodynamischen Abgleich in Turbinenberechnungsprogrammen werden diese Zustandsbibliotheken beispielsweise per Solver oder Iteration abgefragt.
Mit steigender thermodynamischer Optimierung von Turbinen steigt eine Komplexität von Turbinenschaltungen und somit ei¬ ne Komplexität thermodynamischer Berechnungen. Mit steigender Komplexität der thermodynamischen Berechnungen steigt auch die Anzahl der erforderlichen Abfragen der Zustandsbibliotheken. Eine derartige Abfrage kann beispielsweise mit einer Häufigkeit von über 50.000 Abfragen pro Sekunde erforderlich sein. Hierdurch wird eine Rechenleistung eines Systems zur Bestimmung von Zustandsgrößen erheblich reduziert. Ein weiteres Problem bekannter Verfahren und Systeme zur Bestimmung von Zustandsgrößen für die thermodynamische Berechnung einer Turbine ist, dass derartige Abfragen nur sequenziell erfolgen können. In der Softwareentwicklung wird dies oft auch als „Single Threading" bezeichnet. Somit kann eine folgende Ab¬ frage erst erfolgen, wenn eine vorherige Abfrage ausgeführt ist. Hierdurch wird das System zur Bestimmung von Zustandsgrößen weiter verlangsamt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Bestimmung von Zustandsgrößen ei- nes Betriebsfluids zu schaffen, die die Nachteile des Stands der Technik beheben oder zumindest teilweise beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Bestimmung mindestens einer Zu- standsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine für eine ther- modynamische Berechnung der Turbine bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig eine schnellere Bestim¬ mung von Zustandsgrößen ermöglichen. Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine für eine thermodynamische Berechnung der Turbine ge- maß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die voranstehende Aufgabe durch ein System zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine für eine thermodynami¬ sche Berechnung der Turbine gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe ge¬ löst durch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine für eine thermodynamische Berechnung der Turbine mittels einer Turbinenberechnungssoftware. Das Verfahren weist die folgen¬ den Schritte auf:
Bereitstellen einer Zustandsbibliothek in einer ersten Speichereinheit, wobei die Zustandsbibliothek eine Mehr¬ zahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zu- standspunkten des Betriebsfluids aufweist, wobei die Zu- standspunkte durch mindestens eine erste Zustandsgröße und eine zweite Zustandsgröße bestimmt sind,
- Übertragen mindestens einer Zustandsinformation von der ersten Speichereinheit in eine zweite Speichereinheit mit¬ tels einer Übertragungseinheit,
Ermitteln mindestens einer ersten Zustandsgröße des Be- triebsfluids mittels einer Ermittlungseinheit, und
- Bestimmen von mindestens einer zweiten Zustandsgröße mit¬ tels einer Bestimmungseinheit auf Basis der mindestens ei¬ nen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Zustandsbiblio- thek in einer ersten Speichereinheit bereitgestellt. Die Zu- standsbibliothek weist eine Mehrzahl von Zustandsinformatio- nen zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids auf. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Be¬ reitstellung nur einmal erfolgt, indem eine Zustandsbiblio- thek mit sämtlichen erforderlichen Zustandsinformationen bereitgestellt wird.
Die Zustandspunkte weisen mindestens eine erste Zustandsgröße und mindestens eine zweite Zustandsgröße auf. Vorzugsweise weisen die Zustandspunkte eine Vielzahl von Zustandsgrößen auf, wobei ein Zustandspunkt vorzugsweise bereits durch zwei unterschiedliche Zustandsgrößen, wie z.B. Druck und Tempera¬ tur, eindeutig definiert ist. Somit sind die übrigen Zu¬ standsgrößen für diesen Zustandspunkt ebenfalls eindeutig festgelegt. Als erste Zustandsgröße wird erfindungsgemäß eine Zustandsgröße bezeichnet, die als Eingangsgröße zur Bestim- mung der zweiten Zustandsgröße verwendet wird. Die zweite Zu¬ standsgröße ist demnach eine Zustandsgröße, die erfindungsge¬ mäß nicht gemessen sondern auf Basis der ersten Zustandsgröße und mindestens einer Zustandsinformation als Ausgangsgröße bestimmt wird.
Die erste Speichereinheit kann beispielsweise in einem zent¬ ralen Server. Die erste Speichereinheit ist vorzugsweise als permanente Speichereinheit ausgebildet, auf der auch nach ei¬ nem Abschalten des Servers darauf gespeicherte Daten erhalten bleiben.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird mittels einer Über¬ tragungseinheit mindestens eine Zustandsinformation aus der ersten Speichereinheit in eine zweite Speichereinheit über- tragen. Erfindungsgemäß kann das Übertragen beispielsweise vollständig oder auszugsweise erfolgen. Beim auszugsweisen Übertragen können die Zustandsinformationen beispielsweise bereichsweise und/oder granuliert erfolgen. Ein bereichswei- ses Übertragen erfolgt vorzugsweise über einen im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Turbine auftretenden Betriebsbereich des Betriebsfluids , der bei Dampfturbinen beispielswei¬ se zwischen 0.1 bis 120 bar bzw. 20 bis 700 °C umfasst. Bei einem granulierten Übertragen von Zustandsinformationen wird eine Dichte von Zustandsinformationen reduziert. Bei einer Tabelle kann dies beispielsweise bedeuten, dass nur einige Zeilen, z.B. nur jede zweite Zeile, übertragen werden. Vorzugsweise entspricht dies einer Filterung mit einem konstan- ten bzw. im Wesentlichen konstanten Raster. Sollten im für die thermodynamische Berechnung Zustandsinformationen aus herausgefilterte Zeilen erforderlich sein, können die fehlenden Zustandspunkte beispielsweise durch Interpolation oder einem Näherungsverfahren ermittelt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass in diesem Fall eine Abfrage des Zustandspunkts bzw. der Zustandsgrößen aus der ersten Speichereinheit erfolgt. Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass derart abgefragte Zustandspunkte in der zweiten Speichereinheit gespeichert werden. Um eine möglichst hohe Rechengeschwindigkeit bei der Bestimmung der Zustandsgröße zu erzielen, ist eine möglichst feine Granulierung, also hohe Datendichte, zu wählen.
In einem dritten Verfahrensschritt wird mindestens eine erste Zustandsgröße des Betriebsfluids mittels einer Ermittlungs¬ einheit ermittelt. Eine Ermittlungseinheit kann beispielswei¬ se als Sensor zum Erfassen der ersten Zustandsgröße oder als Empfangseinheit zum Empfangen der ersten Zustandsgröße, z.B. von einem an einer Turbine angeordneten Sender eines Sensors, ausgebildet sein. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise so vie¬ le erste Zustandsgrößen ermittelt, dass eine eindeutige Be¬ stimmung eines Zustandspunkts des Betriebsfluids möglich ist. Vorzugsweise werden daher mindestens zwei erste Zustandsgrö¬ ßen ermittelt.
In einem vierten Verfahrensschritt wird mindestens eine zwei¬ te Zustandsgröße auf Basis der ermittelten ersten Zustands¬ größen und der in der zweiten Speichereinheit gespeicherten Zustandsinformation bestimmt. Hierfür kann beispielsweise zunächst aus den ermittelten ersten Zustandsgrößen ein Zu- standspunkt des Betriebsfluids ermittelt und anschließend die zu bestimmende zweite Zustandsgröße aus dem Zustandspunkt ab- geleitet werden. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass aus einem ermittelten Zustandspunkt mehrere zweite Zu¬ standsgrößen abgeleitet werden. Die zweite Speichereinheit ist vorzugsweise physisch näher an der Bestimmungseinheit an¬ geordnet als die erste Speichereinheit, so dass ein Zugriff auf Daten der zweiten Speichereinheit schneller als auf Daten der ersten Speichereinheit erfolgen kann. Weiter bevorzugt ist die zweite Speichereinheit zum schnelleren Auslesen von Daten als die erste Speichereinheit ausgebildet. Vorzugsweise ist der zweite Speicher als Arbeitsspeicher der Bestimmungs- einheit ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch ein Bereitstellen von Zustandsinformationen auf einer zweiten Speichereinheit Zustandsinformationen wesentlich schneller abfragbar sind als bei herkömmlichen Verfahren. Ein Datenverkehr zwischen einer Bestimmungseinheit und der ersten Spei¬ chereinheit ist wesentlich reduzierbar. Somit ist auch eine Abfragebelastung der ersten Speichereinheit erheblich reduzierbar, da dies auf die zweite Speichereinheit verlagert wird. Durch eine granulierte Übertragung von Zustandsinforma¬ tionen der ersten Speichereinheit auf die zweite Speicherein¬ heit sind Datenmengen derart reduzierbar, dass die zweite Speichereinheit eine geringere Speicherkapazität als die ers¬ te Speichereinheit benötigt. Somit können Berechnungszeiten bei der Bestimmung der zweiten Zustandsgröße reduziert wer¬ den. Dies ist insbesondere bei Turbinen von Vorteil, bei de¬ nen eine hohe Anzahl von thermodynamischen Berechnungen und somit eine hohe Anzahl von Regelungseingriffen erforderlich ist .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass die mindestens eine Zustandsinformation als Zustandgrößenvektor, Zustandsgrößenta- belle, Zustandsgrößenfunktion oder Zustandsgrößendiagramm bereitgestellt wird. Ein Zustandsgrößenvektor eines Betriebs- fluids ist eine Gruppe von zusammengehörenden Zustandsgrößen des Betriebsfluids und legt somit einen Zustandspunkt des Be- triebsfluids fest. Jedem Betriebspunkt ist somit ein Zu¬ standsgrößenvektor zugeordnet bzw. zuordenbar. Eine Zustands- größentabelle ist eine tabellarische Auflistung von Betriebs¬ punkten und somit von Zustandsgrößenvektoren . Eine Zustandsgrößenfunktion ist eine Funktion mit mehreren Variablen, näm- lieh mindestens einer ersten Zustandsgröße und mindestens ei¬ ner zweiten Zustandsgröße. Zur Bestimmung mehrerer zweiter Zustandsgrößen sind daher mehrere Zustandsgrößenfunktionen erforderlich. Ein Zustandsgrößendiagramm stellt einen Zusammenhang der ersten Zustandsgrößen und der zweiten Zustands- großen grafisch dar. Die einzelnen Punkte des Diagramms beschreiben jeweils einen Betriebspunkt aus dem sämtliche Zu¬ standsgrößen ablesbar bzw. ableitbar sind. Derartige Zustandsinformationen des Betriebsfluids haben den Vorteil, dass das Bestimmen einer zweiten Zustandsgröße unter Berück- sichtigung mindestens einer ersten Zustandsgröße leicht sowie sehr schnell erfolgen kann. Zustandsgrößenfunktionen und Zu- standsgrößendiagramme haben den weiteren Vorteil, dass die Betriebspunkte in analoger Form vorliegen und somit keine In¬ terpolation erfolgen muss. Diagramme haben den weiteren Vor- teil, dass die zweite Zustandsgröße leicht ablesbar ist und nicht mehr rechnerisch ermittelt werden muss.
Weiter bevorzugt wird die mindestens eine Zustandsinformation in einer Wasserdampftafel oder einem Diagramm (z.B. h-s- Diagramm) bereitgestellt. Derartige Tafeln und Diagramme sind für die thermodynamische Berechnung von Turbinen besonders geeignet, da Wasserdampf ein verbreitetes Betriebsfluid von Turbinen ist. Ein Ermitteln eines Betriebspunkts ist in einem h-s-Diagramm beispielsweise über zwei erste Zustandsgrößen leicht möglich. Die zweiten Zustandsgrößen sind vom Betriebspunkt leicht ablesbar. Vorzugsweise werden als erste Speichereinheit ein Festplat¬ tenspeicher und/oder ein EEPROM verwendet. Derartige Speichereinheiten haben den Vorteil, dass die darauf geschriebe¬ nen Daten solange erhalten bleiben, bis diese gelöscht, über- schrieben oder die Speichereinheit beschädigt wird. Somit bleiben die auf der ersten Speichereinheit gespeicherten Daten auch in einem ausgeschalteten Zustand eines Systems zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Betriebs- fluids einer Turbine erhalten.
Ferner ist bevorzugt, dass als zweite Speichereinheit ein RAM oder ein EEPROM verwendet wird. Derartige Speichereinheiten haben den Vorteil, dass diese im Vergleich zu Festplattenspeichern insbesondere eine besonders hohe Lesegeschwindig- keiten sowie eine hohe mechanische Schockbeständigkeit auf¬ weisen. Daher sind derartige Speichereinheiten zur schnellen Bereitstellung von Zustandsinformationen eines Betriebsfluids besonders geeignet. Überdies weisen sie eine hohe Schreibge¬ schwindigkeit auf, so dass beispielsweise beim Hochfahren des Systems ein Übertragen der Zustandsinformationen aus der ersten Speichereinheit in die zweite Speichereinheit erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Bestimmungseinheit hier optimiert werden kann, in der Art, dass simultane Abfra¬ gen (auch „Multithreading" genannt) möglich sind. Beim Multi- threading können mehrere Zustandsinformationen gleichzeitig abgefragt werden. Hierdurch ist eine Geschwindigkeit bei der Bestimmung von zweiten Zustandsgrößen verbesserbar. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn eine hohe Anzahl Abfragen von Zustandsinformationen innerhalb eines bestimmten Zeitraums erfolgen muss. Ferner sind diese Speichereinheiten in einem Umfeld mit starken mechanischen Vibrationen besonders vorteilhaft .
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass als die mindes- tens eine erste Zustandsgröße eine Temperatur und/oder ein Druck durch Messen ermittelt werden. Derartige erste Zu¬ standsgrößen sind leicht mittels eines Temperatursensors bzw. eines Drucksensors messbar. Ferner können diese ersten Zu- Standsgrößen für eine thermodynamische Berechnung einer Turbine verwendet werden.
Weiter bevorzugt wird als die mindestens eine zweite Zu- Standsgröße eine Enthalpie, eine Entropie, ein spezifisches Volumen, eine Dichte, ein Isentropenexponent, eine Taupunkt¬ temperatur oder eine relative Feuchte bestimmt. Bei ermittel¬ ter Temperatur und Druck des Betriebsfluids sind diese zwei¬ ten Zustandsgrößen leicht bestimmbar, z.B. aus einem h-s- Diagramm oder mittels einer Zustandsgrößenfunktion . Ferner können diese zweiten Zustandsgrößen für eine thermodynamische Berechnung einer Turbine verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass ein Zustandspunkt des Betriebsfluids auf Basis der mindestens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit bestimmt und die mindestens eine zweite Zu¬ standsgröße aus dem bestimmten Zustandspunkt abgeleitet wird. Ein Zustandspunkt von Dampf ist beispielsweise von zwei ers¬ ten Zustandsgrößen, wie z.B. Temperatur und Druck, bestimmt. Aus einem bestimmten Zustandspunkt sind die zweiten Zustands¬ größen leicht ableitbar bzw. ablesbar. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe er¬ findungsgemäß durch ein System zur Bereitstellung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbi¬ ne für eine thermodynamische Berechnung der Turbine mittels einer Turbinenberechnungssoftware gelöst. Das System weist eine erste Speichereinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Bestimmungseinheit auf. Die erste Speichereinheit ist zum Speichern einer Zustandsbibliothek mit einer Mehrzahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids , die Ermittlungseinheit zur Ermittlung mindes- tens einer ersten Zustandsgröße des Betriebsfluids und die Bestimmungseinheit zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zustandsgröße auf Basis der mindestens einen ermittelten ers¬ ten Zustandsgröße und mindestens einer Zustandsinformation ausgebildet. Überdies weist das System eine zweite Speicher¬ einheit sowie eine Übertragungseinheit auf. Die zweite Spei¬ chereinheit ist zum Speichern mindestens einer Zustandsinformation zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids und die Übertragungseinheit zum Übertragen mindestens einer Zustandsinformation aus der ersten Speichereinheit in die zweite Speichereinheit ausgebildet. Ferner ist die Bestim¬ mungseinheit zum Auslesen von mittels der zweiten Speichereinheit gespeicherten Zustandsinformationen ausgebildet.
Das erfindungsgemäße System zur Bereitstellung einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids hat gegenüber bekannten Systemen den Vorteil, dass Zustandsinformationen eines Be- triebsfluids auf der zweiten Speichereinheit abspeicherbar und somit wesentlich schneller abfragbar als von der ersten Speichereinheit sind, wie bei herkömmlichen Systemen üblich. Ein Datenverkehr zwischen der Bestimmungseinheit und der ersten Speichereinheit ist somit wesentlich reduzierbar. Demnach ist mittels des erfindungsgemäßen Systems eine Abfragebelas- tung der ersten Speichereinheit erheblich reduzierbar, da diese auf die zweite Speichereinheit verlagerbar ist. Somit können Berechnungszeiten bei der Bestimmung der zweiten Zustandsgröße reduziert werden. Dies ist insbesondere bei Tur¬ binen von Vorteil, bei denen eine hohe Anzahl von thermodyna- mischen Berechnungen und somit eine hohe Anzahl von Regelungseingriffen erforderlich ist.
Es ist bevorzugt, dass das System zur Durchführung eines er¬ findungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren und System zur Bereitstellung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine für eine thermodynamische Berechnung der Turbi¬ ne wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Figur 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 2 in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes System mit einer Turbine.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem Ablaufdiagramm schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Zustandsbibliothek mit einer ersten Speichereinheit 2 (vgl. Fig. 2) bereitgestellt. Die Zustands¬ bibliothek weist eine Mehrzahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids auf. Die Zustandspunkte sind durch mindestens eine erste Zustandsgröße und eine zweite Zustandsgröße bestimmt. Vorzugsweise sind die Zustandspunkte durch zwei erste Zustandsgrößen eindeutig de¬ finiert. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird mittels einer Übertragungseinheit 4 (vgl. Fig. 2) mindestens eine Zu¬ standsinformation aus der ersten Speichereinheit 2 in eine zweite Speichereinheit 3 (vgl. Fig. 2) übertragen. In einem dritten Verfahrensschritt 300 werden mittels einer Ermitt¬ lungseinheit 5 (vgl. Fig. 2) mindestens eine erste Zustands¬ größe, vorzugsweise zwei Zustandsgrößen, des Betriebsfluids ermittelt, z.B. durch Messen. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird mittels einer Bestimmungseinheit 6 (vgl. Fig. 2) mindestens eine zweite Zustandsgröße auf Basis der mindestens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit bestimmt, z.B. durch Auslesen aus einer Tabelle oder Ab¬ leiten aus einem Diagramm. Erfindungsgemäß können in dem vierten Verfahrensschritt 400 mehrere unterschiedliche zweite Zustandsgrößen für einen Zustandspunkt bestimmt werden. Zur Bestimmung weiterer zweiter Zustandsgrößen für andere Zustandspunkte können der dritte Verfahrensschritt 300 und der vierte Verfahrensschritt 400 beliebig oft wiederholt werden. Der zweite Verfahrensschritt 200 und ggf. der erste Verfah¬ rensschritt 100 sind erst wieder erforderlich, wenn Zustands¬ informationen in die zweite Speichereinheit 3 übertragen werden müssen, z.B. nach einem Löschen der zweiten Speicherein- heit 3 oder zum Ergänzen der auf der zweiten Speichereinheit 3 gespeicherten Zustandsinformationen.
Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht schematisch eine Turbine 1 mit einem daran angeordneten erfindungsgemäßen System 7 zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Be- triebsfluids einer Turbine 1 mittels einer Turbinenberech¬ nungssoftware. Eine Systemgrenze des Systems 7 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Das System 7 weist eine an der Turbine 1 angeordnete Grundeinheit 8 auf, in der eine zweite Speichereinheit 3, eine Ermittlungseinheit 5 und eine Bestim¬ mungseinheit 6 angeordnet sind. Eine erste Speichereinheit 2 des Systems 7 ist in einem zentralen Server 9 angeordnet und mittels einer Übertragungseinheit 4 mit der zweiten Speicher- einheit 3 verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zu- standsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine (1) für eine thermodynamische Berechnung der Turbine (1) mittels einer Turbinenberechnungssoftware, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen einer Zustandsbibliothek in einer ersten Speichereinheit (2), wobei die Zustandsbibliothek eine Mehrzahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zu- standspunkten des Betriebsfluids aufweist, wobei die Zu- standspunkte durch mindestens eine erste Zustandsgröße und eine zweite Zustandsgröße bestimmt sind,
Übertragen mindestens einer Zustandsinformation aus der ersten Speichereinheit (2) in eine zweite Speichereinheit (3) mittels einer Übertragungseinheit (4),
Ermitteln mindestens einer ersten Zustandsgröße des Be- triebsfluids mittels einer Ermittlungseinheit (5) , und Bestimmen der mindestens einen zweiten Zustandsgröße mit¬ tels einer Bestimmungseinheit (6) auf Basis der mindestens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit (3) .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die mindestens eine Zustandsinformation als
Zustandgrößenvektor, Zustandsgrößentabelle, Zustandsgrößen- funktion oder Zustandsgrößendiagramm bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die mindestens eine Zustandsinformation in einer Medientafel oder einem Diagramm bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass als erste Speichereinheit (2) ein Festplattenspeicher und/oder ein EEPROM verwendet wird/werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass als zweite Speichereinheit (3) ein RAM oder ein EEPROM verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass als die mindestens eine erste Zustandsgröße eine Tempe¬ ratur und/oder ein Druck durch Messen ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass als die mindestens eine zweite Zustandsgröße eine Ent¬ halpie, eine Entropie, ein spezifisches Volumen, eine Dichte, ein Isentropenexponent, eine Taupunkttemperatur oder eine re¬ lative Feuchte bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass ein Zustandspunkt des Betriebsfluids auf Basis der min¬ destens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und der mindestens einen Zustandsinformation der zweiten Speichereinheit (3) bestimmt und die mindestens eine zweite Zustandsgröße aus dem bestimmten Zustandspunkt abgeleitet wird.
9. System (7) zur Bereitstellung mindestens einer zweiten Zustandsgröße eines Betriebsfluids einer Turbine (1) für eine thermodynamische Berechnung der Turbine (1) mittels einer Turbinenberechnungssoftware, aufweisend eine erste Speicher¬ einheit (2) zum Speichern einer Zustandsbibliothek mit einer Mehrzahl von Zustandsinformationen zur Bestimmung von Zu- standspunkten des Betriebsfluids , eine Ermittlungseinheit (5) zur Ermittlung mindestens einer ersten Zustandsgröße des Be¬ triebsfluids und eine Bestimmungseinheit (6) zur Bestimmung mindestens einer zweiten Zustandsgröße auf Basis der mindes¬ tens einen ermittelten ersten Zustandsgröße und mindestens einer Zustandsinformation,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das System (7) eine zweite Speichereinheit (3) zum Spei¬ chern mindestens einer Zustandsinformation zur Bestimmung von Zustandspunkten des Betriebsfluids sowie eine Übertragungs¬ einheit (4) zum Übertragen mindestens einer Zustandsinforma¬ tion von der ersten Speichereinheit (2) in die zweite Spei¬ chereinheit (3) aufweist, wobei die Bestimmungseinheit (6) zum Auslesen von mittels der zweiten Speichereinheit (3) ge¬ speicherten Zustandsinformationen ausgebildet ist.
10. System (7) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das System (7) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7200538B2 (en) * 2003-01-15 2007-04-03 General Electric Company Methods and apparatus for modeling gas turbine engines
US7676352B1 (en) * 2004-04-19 2010-03-09 Invensys Systems, Inc. System and method for efficient computation of simulated thermodynamic property and phase equilibrium characteristics using comprehensive local property models

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