WO2018077493A1 - Dampfturbine und verfahren zum betreiben einer dampfturbine - Google Patents

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WO2018077493A1
WO2018077493A1 PCT/EP2017/067823 EP2017067823W WO2018077493A1 WO 2018077493 A1 WO2018077493 A1 WO 2018077493A1 EP 2017067823 W EP2017067823 W EP 2017067823W WO 2018077493 A1 WO2018077493 A1 WO 2018077493A1
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valves
valve
steam turbine
section
opening
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/067823
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English (en)
French (fr)
Inventor
Aline Alhelm
Detlef Haje
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam turbine and a steam turbine. Background of the invention
  • valves are used, which are driven by means of an actuator.
  • This actuator is controlled by means of a control module which sends parameters for control and adjustment to the one or more actuators.
  • the parameters of the Re ⁇ gelmoduls originate from a stored controller logic.
  • This controller logic provides a fixed opening order of the valves of the steam turbine. In this case, each valve is opened nachei ⁇ Nander to a fixed value.
  • the controller logic or control characteristic curve in this case has the fixed ⁇ réellesrei ⁇ hen merge the valves. As a result, the start-up process of the valves is firmly defined and must always be started with the same valve.
  • valves different ⁇ Liche valve sizes may have, it is possible that the first valve provides ⁇ as unfavorable valve for starting out, with the result that a further valve must be ⁇ continues to drive the steam turbine. This additional valve is also called start-up valve.
  • a method for operating a steam turbine is provided.
  • the Ver ⁇ drive describes a predetermining a Dampfturbinencharakte- rintegrating to a control module, wherein each of a plurality of valves, a specific aperture cross-section for flow (as well as a mass flow) to provide a fluid for operating a steam turbine, wherein the opening cross-sections of valves form a total opening cross-section.
  • the total opening area is predefined by means of the control module in depen ⁇ dependence of the predetermined steam pattern and an operating point of the steam turbine.
  • the method describes an actuation of the plurality of valves by means of the control module such that each of the plurality of valves has a specific opening cross section, wherein the opening cross section is set variably in dependence on the pre ⁇ given total opening cross section.
  • the steam turbine has a Re ⁇ gelmodul, to which a steam turbine characteristics can be specified. Furthermore, the steam turbine has a plurality of valves, which provides an overall opening cross section by means of the control module.
  • the control module is configured to predetermine the total opening cross section as a function of the predetermined steam turbine characteristic and an operating point, wherein a specific opening cross section for the flow through (as well as a mass flow) of a fluid for operating the steam turbine can be provided by means of each of the plurality of valves.
  • control module is in particular understood to be a Mo ⁇ dul controller or control loop having a stored logic controllers and more particularly to a stored
  • the control module can compare a preset signal (setpoint) with the set signal (actual value) within the control loop. It can do that
  • Control module send values to the orderly actuators or to actuators, which are integrated in the control module, thus to control the valves of the steam turbine.
  • the stored controller logic is used to approach the individual valves in a specific order.
  • Regulator logic on the one hand, the order of the valves to be approached deposited.
  • Control logic further parameters for operating the steam turbine and for controlling the valves deposited and / or are detected by the controller logic. These are a series of factors (such as steam turbine performance, mass flow, taking mass flows, pressure) which must be observed for setting and STEU ⁇ ren the valves.
  • the control module can be constructed from corresponding electronic components and control circuits, such as controllers, microcontrollers or integrated control circuits.
  • the control module may also include one or more actuators, which operate the valves directly.
  • the actuators can be combined in an actuator or the actuators be designed as servomotors. At least one of the actuators may be a hydraulic actuator. At least one of the actuators may be an electromechanical actuator. At least one of the actuators may be a pneumatic actuator.
  • plurality of valves is understood to mean the use of at least two valves, which the
  • Influence or regulate the steam supply of the steam turbine and thus operate the steam turbine In particular, this means the use of four valves, which are used to operate the steam turbine. Furthermore, it is also possible to use three valves or more than four valves.
  • valves and operated acti ⁇ fourth to assume a certain position and to allow operation of the steam turbine.
  • steam turbine characteristic are
  • This Dampfturbinencha ⁇ rakterizing may include the performance of the steam turbine.
  • the steam turbine characteristics can be the vapor pressure of the
  • Steam turbine include. In response to this steam turbines ⁇ nen characterizing the valves are controlled or operated.
  • control module By means of the control module, the actual and desired steam turbine characteristic is detected in order to subsequently calculate or select the required total opening cross section, by means of which the required desired steam turbine characteristic can be achieved most effectively.
  • total opening cross-section of the cross-section of all valves of the steam turbine is understood. This total opening cross-section is composed of the respective Publ ⁇ drying cross sections of all the individual valves of the steam turbine.
  • the opening cross-section of a valve the opening of the valve itself, ie the state of the opening in which a valve is located.
  • the control module determines the benötig ⁇ th total opening cross-section in order to adjust the predetermined Dampftur- binen characterizing.
  • the required total opening cross-section results from the sum of the respective valve openings taking into account the associated valve opening characteristic of the valve (ie be open or closed one or more valves and the resulting opening cross-section of the corresponding valve).
  • the task of the control module is to determine the optimum valve positions for an operating point, taking into account minimized pressure losses at the steam turbine. Minimized pressure losses are achieved by DIE flore valves are opened as far as possible, which may depicting ⁇ len the required total opening cross-section together.
  • operating point is the totality of all operating and process parameters of the steam turbine itself and / or to associated working machines, such as a transmission (in its entirety as a steam turbine set ⁇ net designated) understood in consideration of the regulation requirements.
  • the operating point is therefore the current operating point of the steam turbine.
  • the operating point takes into account all Randpara- meter, ie the actual pressure, the actual steam turbine power, etc.
  • the control module uses the detected operating point to which the total opening cross-section iststel ⁇ len in dependency and thus the steam turbine characteristic.
  • variable is meant a non-solid purchase order or sequence in which the valves to adjust the total opening cross-section at respective specific Be ⁇ operating points.
  • the individual opening areas of the valves can be controlled variably.
  • the sequence of the valves, or the Rei ⁇ hen blur the opening cross-sections of valves varies the ⁇ so that they can be operated at different operating points.
  • the total opening cross section of the actuation of the valves is thus variable over the operation of the
  • a steam turbine is optimized for the different operation of the plant in which it is to be used.
  • the turbine is at a maximum load point (also called a valve point) interpreted.
  • the steam turbine is controlled by means of several valves.
  • the steam turbine consists of an inflow region, around which in the circumferential direction of the steam turbine (the circumferential direction is defined by the steam turbine axis, around which the blades of the steam turbine move) Sekto ⁇ ren are arranged.
  • valves introduce the fluid (or steam) to operate the steam turbine.
  • steam turbine characteristics such as the power or the pressure of the steam turbine
  • the corresponding valve is actuated or several corresponding valves of the steam turbine.
  • Control logic is stored. Due to the selection and the variability in the opening characteristic of each of the plurality of valves and thus also in the actuation of the valves, different power levels (load / valve points) of the steam turbine can be approached. In order to achieve a better performance of the steam turbine, thus the order in which the valves are actuated is variably controlled, so that no fixed opening sequence is present.
  • actuating the plurality of valves further comprises actuating the plurality of valves in a first predetermined target valve opening characteristic to set a first total opening area and actuating the plurality of valves in a second predetermined set valve opening characteristic Setting a second total opening cross-section, wherein the first total opening cross-section differs from the second total opening cross-section.
  • valve opening characteristic means a characteristic of each individual valve, which the properties of each of the valves again spat ⁇ gel. This means comprises the valve opening characteristic expansion behavior, the opening and the opening state of the valve, such as the height of the valve stroke, the area of the ⁇ possible mass flow through the valve and the opening time of the valve. Furthermore, the valve opening characteristic of the valve can NE ben the opening behavior of the valve also include the Schierverhal ⁇ th of the valve, such as the closing time of the valve. Furthermore, the valve opening characteristic comprises the opening cross section of each valve and, when using more than one valve, the opening cross section of the valves used, the total opening cross section. Further, the valve opening characteristic also includes the operation order of the individual valves.
  • the target valve opening characteristic is the This was preceded selected characteristic which is intended to have the steam turbine in entspre ⁇ sponding operating state, thus to provide the entspre ⁇ -reaching steam turbine characteristic.
  • the desired turbine characteristic is pre ⁇ passed to the control module so as to select the corresponding Ven ⁇ tilö Anlagens characterizing for the steam turbine characteristic by means of the control module and to provide to the valves before and during the execution of the operation on.
  • different valve opening characteristics are stored in the control module or on a corresponding computer medium (such as a controller) which is linked to the control module.
  • a valve opening characteristic is selectable, with the valve opening characteristic of the plurality of valves being different depending on a selected mode of operation.
  • the valve opening characteristic has an order for operating the plurality of valves to each other, wherein the order of the first valve opening characteristic and the order of the second valve opening characteristic differ.
  • sequence is a sequence, sequence or a sequence understood that includes actuating the valves at a given operating point.
  • the valves are controlled in accordance with its valve opening flock file ⁇ rrick in an (operating) order and operated in this to produce to be actuated order by means of the control module and a particular characteristic of the steam turbine.
  • the order specifies the open position at least one valve to a be ⁇ certain operating point.
  • the actuation is supply sequence the opening of all the valves at specific times before.
  • the order of a sequence of the valves is controlled, said control of the valves is va ⁇ riabel.
  • the sequence may comprise a timing of the valves. by means of this timing of the valves can (starting from the existing actual performance of the steam turbine, the target power or predetermined ene steam turbines ⁇ nen characterizing) can be adjusted. For example, the sequence specifies a time interval at the beginning of the actual state or the actual power of the steam turbine and the actual opening positions of the valves are. At the end of the
  • Time interval is the desired or desired power (i.e., steam turbine characteristic) of the steam turbine defined.
  • the sequence controls (or specifies) the course of the opening positions of the individual valves at specific times between the beginning and the end of the valve
  • Time interval it can be selected successively following operation, for example, four valves, so that the valves trigger VI to V4 after each other. It can, however a different order can be selected so that it does not begin with valve ⁇ VI and / or ended with valve V4.
  • different valve settings can be made possible for a controller output value, so that an end result of eg a specific steam turbine characteristic can be provided by opening the valves differently.
  • the actuation of the plurality of valves with a certain opening cross section has an opening and a closing at least one valve.
  • one and the same valve can be both opened and closed within an operation.
  • the term "actuation" can be understood as meaning the operation of a valve, wherein actuation may include opening a valve and closing the same valve, whereby one or more valves may open and / or close include, within an actuator.
  • only a first valve can be opened first and then closed again, if in the meantime and / or thereafter, for example, a second valve is opened.
  • the first valve can be just opened second and ge ⁇ included are after the second valve as the first geöff ⁇ net was.
  • the opening cross-section of the valves is at least partially changed in parallel or sequentially to one another.
  • actuations of the valves can partially and / or completely and / or not overlap in time.
  • the valves can also be operated sequentially, ie one after the other.
  • an opening from one valve and a closing from another valve or also an opening from one valve and an opening from another valve or also a closing from one valve and a closing from another may overlap, whereby at least two valves, the opening sequence (or opening cross-section) changes partially parallel or sequentially to each other.
  • the method further comprises providing a mass flow of a valve of the plurality of valves with fully ⁇ constantly opening the one valve of the plurality of valves, which mass flow is less than a mass flow of another valve of the plurality of Valves at full opening.
  • the individual can provide a mass flow of a valve of the plurality of valves with fully ⁇ constantly opening the one valve of the plurality of valves, which mass flow is less than a mass flow of another valve of the plurality of Valves at full opening.
  • Valves from the majority of valves provide different mass ⁇ currents. You can thus have different Ven ⁇ tilieren and thus have different mass flow rates at the maximum aperture.
  • all valves with each other have a different valve size.
  • individual valves may also correspond in their valve size and thus in the mass flow provided.
  • the steam turbine has a circumferential direction
  • the steam turbine has an inflow region for the vapor, which inflow region can be subdivided into sectors, the inflow region being subdivided into at least two sectors. In each of these sectors flows through a correspondingly associated valve, a mass flow, which allows operation of the steam turbine.
  • the first sector and the second sector have a different extent in the circumferential direction.
  • the sectors may be adjusted according to their associated valves.
  • the steam turbine at least three, in particular four Ven ⁇ tile on. Furthermore, the steam turbine in the circumferential direction on an inflow, which is at least in three, in particular four sectors lower part.
  • a first valve provides a first mass flow to a first sector of the
  • a second valve provides a second mass flow to a second sector of the Einstrom Schlues ready
  • a third valve is a third mass flow to a third sector of the Einstrom Schlues ready and in particular ⁇ sondere
  • a fourth valve provides a fourth mass flow providing a fourth sector of the inflow.
  • the mass flows of the individual valves may differ, so that three, especially four different Venti ⁇ le with different valve sizes and thus three, especially four, different mass flows arise.
  • at least two of the three, in particular four, valves can correspond in their size and thus in their mass flows.
  • more than four valves may be used, such as five valves.
  • each sector at least one valve, in particular a plurality of valves, each valve associated with or is at least one sector, in particular a plurality of Sekto ⁇ ren assigned.
  • a sector can be controlled by one valve or by several valves.
  • a valve can have one sector or even several seconds. control them. It can thus be not only a one to one mapping from valve to sector but also two or three or more to one correspondence (which äquiva ⁇ lent according to a valve or a sector may be).
  • the assignment of the valves to each sector can be asymmetrical, as well as the assignment of the sectors to the valves can be asymmetrical.
  • the method further comprises controlling an opening and closing speed and / or an opening flow of the plurality of valves in different manners by means of the control module.
  • the opening speed of the valves can be controlled so as to determine how fast and / or over which time the valve should open.
  • the closing speed of the valves can also be controlled, it being possible to control how fast and / or over which time the valves should close.
  • the flow rate of the valves may be controlled so that the value (at which level the valve lift is to be made) of a mass flow through the valve is adjusted with a range between the minimum and maximum flow of the valves controllable.
  • only one valve in its opening speed and / or opening flow can be controlled or at least two valves or all valves.
  • the steam turbine characteristic remains constant.
  • a valve is opened and another valve is closed, whereby the opening and closing of the at least two valves cuts across ⁇ , then remains during the overlap of this Be ⁇ practicesens the valves, the steam turbine characteristic, ie the power of the steam turbine and / or the pressure of the Steam turbine, constant.
  • the switchover has at least two different states of actuation or two equal states of actuation.
  • the steam turbine has an inflow region which extends in the circumferential direction of the steam turbine.
  • a first valve of the plurality of valves provides a first mass flow to a first sector of the inflow region
  • at least one second valve of the plurality of valves provides a second mass flow to a second sector of the inflow region.
  • the first sector and the second sector have a different extent in the circumferential direction.
  • the steam turbine can also have four sectors, which sectors each have a valve associated with it, so that the steam turbine also has four valves in four sectors.
  • a corresponding actuator is assigned to each of the plurality of valves.
  • each valve can be indi vidually ⁇ driven by means of the control module.
  • the actuator may include a servomotor, so that each valve of the
  • valves are actuated by a respective servo motor.
  • the actuator (servomotor) is controlled by means of the control module, in particular all actuators which actuate a valve are controlled by means of the control module.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a steam turbine.
  • Fig. 2 shows a flow of the valve opening characteristic.
  • Fig. 3 shows two faced processes of the Ver ⁇ procedure in accordance with an exemplary embodiment of the invention.
  • valve opening characteristic of valves according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows the sequence of two valve opening flock file ⁇ istics in accordance with an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows the valve opening characteristic with respect to steam turbine power according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the steam turbine 100 has an inflow region, which in the circumferential direction U to the steam turbine 100 e stretches. Furthermore, the steam turbine 100 has four sectors 101, 102, 103, 104, which extend in the circumferential direction U around the inflow region and are furthermore arranged in the inflow region. Further, the four sectors 101, 102, 103, 104 may differ in the circumferential direction U in their extension. The four sectors 101, 102, 103, 104 may be arranged symmetrically. The sectors 101, 102, 103, 104 may also be arranged asymmetrically, so that at least one of the sectors 101, 102, 103, 104 is smaller than the other sectors 101, 102, 103, 104.
  • At least one sector 101, 102, 103, 104 may be larger than the other sectors 101, 102, 103, 104.
  • a valve is assigned, so that the steam turbine 100 according to FIG. 1 has four valves VI, V2, V3, V4.
  • a desired and predetermined steam turbine characteristic is specified to a control module 105.
  • a plurality of valves VI, V2, V3, V4 provide a total opening area by means of the control module.
  • the control module 105 is configured to specify the total opening cross section, depending on the given steam turbine characteristic and the operating point of the steam turbine, wherein by means of each of the plurality of valves VI, V2, V3, V4 a certain opening cross section for the flow (mass flow) of a fluid to operate the steam turbine 100 is provided.
  • the valves VI, V2, V3, V4 By means of the control module 105, the valves VI, V2, V3, V4
  • each of the valves VI, V2, V3, V4 has a predetermined opening cross-section.
  • the total opening cross-section of each of the valves VI, V2, V3, V4 is there ⁇ variably controllable.
  • the valves VI, V2, V3, V4 in the sequence of VI, V2, V3, V4 can be operated sequentially, or in the sequence of V2, V3, V4, VI or V4, VI, V2, V3 and in further sequences. With four valves, there are fifteen different operating sequences. At the same time, the different bet- fifteen different valve points.
  • the ers ⁇ te valve VI of the plurality of valves VI, V2, V3, V4 provides during actuation a first mass flow to the first sector 101 ready and the second valve V2 is a second mass flow the second sector 102 of the
  • the first sector 101 and the second sector 102 in the circumferential direction U have a different extent.
  • the valves V3 and V4 provide a third and fourth mass flow to the third sector 103, and the fourth sector 104 of the inflow, whereby the third sector 103, and the fourth sec ⁇ tor can have a different Tilere ⁇ is discovered in the circumferential direction U 104th
  • a corresponding actuator is assigned to each of the valves VI, V2, V3, V4. These actuators actuate the valves VI, V2, V3, V4 to perform the desired operation, ie opening or closing.
  • valve 1 is not limited to four valves VI, V2, V3, V4 be ⁇ limits other embodiments such. B. with only two valves VI, V2 or even more than four valves are possible. Furthermore, the sectors are tunable to the valves, that is, if there are only two valves, there are correspondingly two sectors before, if there are more than four valves, according to the number of valves and the corresponding number of sectors before. This assignment can also be asymmetrical, so that one or more valves are assigned to a sector, or so that one or more sectors are assigned to a valve.
  • valves wel ⁇ che that particular opening cross-section can provide (mass flow).
  • the sectors are matched to the corresponding valves in order to use just this opening cross-section (mass flow) to operate the valves can.
  • valve opening characteristic A flow of the valve opening characteristic will be described below with reference to FIG. In the diagram of Fig. 2, the valve lift over the mass flow is qm (qm) pro Power P worn off.
  • the valve opening characteristic consists of four valves VI, V2, V3, V4 which are triggered at different operating points x (and / or times) one after the other or to different requirements. By means of these different trip times, the valves are, for example, opened sequentially to drive the steam turbine from a current existing actual power to a desired target power (predetermined steam turbine characteristic).
  • the control module 105 calculates the desired power (steam turbine ⁇ characteristic), it can compare with the actual power to the operating point, can then calculate by means of which total opening cross section most effectively the target power (steam turbine characteristic) is achieved and then the setpoint Set valve opening characteristic by means of the controlled valves.
  • the valves are thereby opened to the operating points (times) or demand requirements at the positions Pos. 1, Pos. 2.
  • Valve VI is opened at pos.
  • Valve V2 is opened at pos. 1, valve V3 at pos. 2 and valve V4 at pos. 3.
  • the valves VI, V2, V3, V4 are opened one after the other in a fixed opening sequence by means of the control module.
  • the Re ⁇ gel module drives an actuator of a valve, wherein the regulating module sends the PA by means of a stored logic controller parameters for valve actuation of the actuator. in the
  • V3 represent the valves VI, V2, V4 a total opening cross-section ready wel ⁇ cher in dependence on the predetermined Dampfturbinencha- rakterizing and an operating point of the steam turbine is vorgege- ben.
  • the valves VI, V2, V3, V4 are actuated by means of Re ⁇ gelmodules 105, so that each valve VI, V2, V3, V4 a predetermined opening cross-section.
  • the opening cross section is set variably as a function of the predetermined total opening cross section.
  • the steam turbine is driven from the current actual power to a desired power (specified steam turbine characteristic).
  • the valves VI, V2, V3, V4 are actuated in a chronological order.
  • a power PI is specified to the control module 105 in step 1. According to this first pre give ⁇ NEN target valve opening characteristic of the valves are actuated in a first total opening cross-section.
  • the Re ⁇ gel module 105 selects the appropriate voltage Publ ⁇ cross-sections for the valves VI, V2, V3, V4 from the basis of which.
  • the control module 105 starts in step 2 with the valve V2.
  • the fourth valve V4 is opened by means of the control module 105.
  • the first valve VI is opened and in step 5, the last not yet open valve V3 is opened.
  • This process differs from the prior art in that it is not started as usual with the first valve VI, but can be started with valve V2. Furthermore, it is also possible to start with every other valve VI, V2, V3, V4.
  • a different steam turbines ⁇ nen creative P2 is specified in step 1 to the control module 105th
  • the valves VI, V2, V3, V4 are actuated according to the second specified differently surrounded target valve opening characteristic in a second including overall opening cross-section.
  • the first total opening cross section from the first method sequence differs from the second overall
  • step 2 the order of Ventilöff ⁇ nungs characterizing begins with the opening of valve V2.
  • step 3 valve V2 is closed and valve V2 is opened simultaneously or partially in parallel.
  • step 4 valve V4 is opened and in step 5 valve V3 is opened.
  • This second procedure is different from the first procedure is that at least one valve VI, V2, V3 is closed V4 again, after it has been opened and / or the at least one other valve VI, V2, V3, V4 teilwei ⁇ se opened in parallel is while the one valve VI, V2, V3, V4 is open and / or opened and / or closed. Further, the opening area of the valves VI, V2, V3, V4 is sequentially changed with each other.
  • the actuation of the valves VI, V2, V3, V4 with a predetermined opening cross-section has an opening and closing of at least one valve VI, V2, V3, V4.
  • the desired steam turbine outputs PI and P2 may differ from one another in order to be able to provide different powers by means of a steam turbine 100.
  • the target steam turbine outputs PI and P2 may be equal to produce the same power only by operating the valves VI, V2, V3, V4 differently by means of the variable opening cross-sections and / or the variable valve opening characteristic. In this way, a desired performance and a desired flow behavior of the steam turbine 100 can be provided.
  • valve lift of the valves VI, V2, V4 is plotted over the operating point (and / or over time).
  • Valves VI, V2, V4, open at different operating points (the valves can also open at different times).
  • the valve V4 is opened first. Thereafter, the Ven ⁇ valve VI is opened and then the valve V2.
  • this valve opening characteristic valve V4 is closed again (descending edge of the V4) the valves VI and V2 remain there against ⁇ open. It can thus be determined by means of the control module 105 and controlled when the individual valves VI, V2, V4 are to be opened. It is also possible to control when the individual or at least one valve VI, V2, V4 should be closed.
  • All valves VI, V2 and V4 can be opened to the maximum (or have a maximum valve lift, indicated by 0 for minimum and 1 for maximum in diagram). This means that the valves VI, V2, V4, when opened maximally, can also provide their maximum possible mass flow.
  • valve opening characteristic is shown by a dashed line.
  • the valve VI will open overall in Section I, then in a section II, the valve V2, then in ⁇ From section III, the valve V3 and last in section IV, the valve V4.
  • there are four positions at which the valves open Pos. V0 for valve VI, Pos. VI for valve V2, Pos. V2 for valve V3 and Pos. V3 for valve V4).
  • valve opening saddle ⁇ rakterizing is shown as a solid line according to an another exemplary embodiment of the invention.
  • the valves VI, V2, V3 and V4 are actuated, but in egg ⁇ ner variable valve opening characteristic, ie in a variable order of the valves. After this valve opening characteristic ⁇ the valves are actuated in the following order: V2, V4, VI and last V3. Due to the variable actuation variable valve points (Pos. VIA, Item V2A and item V3A). The actuation may also include a different sequence or order of the valves.
  • the valves VI, V2, V3, V4 can all have a different Ven ⁇ til ashamed, as can be seen from the different sized area I to IV. By the different ones
  • valve sizes, the valves VI, V2, V3, V4 each provide a mass flow, wherein a mass flow of one of the valves VI, V2, V3, V4 when fully opening the one valve is less than a mass flow of another valve from the valves VI, V2 , V3, V4 when fully opened. From Fig. 5 it can be seen that the mass flow of V2 is lower than the mass flow of V3 and the mass flow of V4 is lower than the mass flow of V3 and also lower than the mass flow of VI.
  • valve VI is opened to the operating point (which is at a first time) tVl and continues until time tV2. Thereafter, valve VI is closed at time tV2 and continues until time tV3. For moving ⁇ chen time when the valve VI is closed, valve V2 is opened until it can be fully opened at the time TV3.
  • the opening cross section of the valves VI, V2 can be changed at least partially parallel or sequentially to one another.
  • Shift ⁇ phase the switching time between the closing of valve VI ⁇ SEN and the opening valve V2 is referred to as Shift ⁇ phase.
  • a constant power P can be ensured.
  • a constant power P can be guaranteed by the fact that the valve VI and V2 during the changeover valve on the Einan ⁇ are controlled tuned so that the closing and opening can be tuned to each other to a constant
  • Achievement P (in another case also a constant pressure).
  • the opening cross section is controlled.
  • an opening speed can be controlled, so that valve V2 opens only when valve VI is open at most.
  • the valve VI is closed in egg ⁇ ner certain speed and at the same time the valve V2 ge ⁇ opens at a certain speed, so that at this particular speeds a certain mass flow is generated and maintained by means of the two valves, so that the Steam turbine characteristic (steam turbine power) remains constant.
  • valves ⁇ between minimum and maximum valve opening can be controlled by means of the control module, so-that z.
  • a valve (VI) is fully opened and a ande ⁇ res valve (V2) is opened to a value corresponding to the Ma ⁇ ximum the opening of the valve VI.

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Abstract

Dampfturbine und Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine Verfahren zum Betreiben einer oder mehrere Dampfturbine/-n (100) und eine Dampfturbine (100), aufweisend: ein Vorgeben einer Dampfturbinencharakteristik an ein Regelmodul (105), wobei jedes einer Mehrzahl von Ventilen (V1, V2, V3, V4) einen bestimmten Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine bereitstellt, wobei die Öffnungsquerschnitte der Ventile (V1, V2, V3, V4) einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt bilden, wobei der Gesamt-Öffnungsquerschnitt mittels des Regelmodules (105) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dampfturbinencharakteristik und einem Betriebspunkt der Dampfturbine vorgegeben wird. Ferner ein Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (V1, V2, V3, V4) mittels des Regelmodules (105) derart, dass jedes der Mehrzahl von Ventilen (V1, V2, V3, V4) einen bestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt jedes der Mehrzahl von Ventilen (V1, V2, V3, V4) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gesamt-Öffnungsquerschnitt variabel eingestellt wird.

Description

Beschreibung
Dampfturbine und Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine und eine Dampfturbine. Hintergrund der Erfindung
Zur Steuerung konventioneller Dampfturbinen, insbesondere bei Industriedampfturbinen, werden Ventile eingesetzt, welche mittels eines Stellantriebes angetrieben werden. Die- ser Stellantrieb wird mittels eines Regelmodules angesteuert, welches Parameter zur Steuerung und zum Einstellen an den einen oder mehrere Stellantriebe sendet. Die Parameter des Re¬ gelmoduls stammen dabei aus einer hinterlegten Reglerlogik. Diese Reglerlogik sieht eine feste Öffnungsreihenfolge der Ventile der Dampfturbine vor. Dabei wird jedes Ventil nachei¬ nander zu einem festen Wert geöffnet. Die Reglerlogik, oder auch Ansteuerungskennlinie weist dabei die feste Öffnungsrei¬ henfolge der Ventile auf. Aufgrund dessen ist der Anfahrpro- zess der Ventile fest definiert und es muss immer mit dem gleichen Ventil gestartet werden. Da die Ventile unterschied¬ liche Ventilgrößen aufweisen können, ist es möglich, dass das erste Ventil sich als ungünstiges Ventil zum Anfahren heraus¬ stellt, was zur Folge hat, dass ein weiteres Ventil einge¬ setzt werden muss, um die Dampfturbine anzufahren. Dieses weitere Ventil wird auch Anfahrventil genannt.
Mit erhöhter Nachfrage nach einer Erweiterung der Funktionalität der Dampfturbinen und verbesserter Performance ist dennoch Raum für ein verbessertes Verfahren zum Betreiben von Dampfturbinen und einer Dampfturbine. Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Funktiona- lität und Effizienz der Dampfturbine zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkma¬ len gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfah- ren zum Betreiben einer Dampfturbine bereitgestellt. Das Ver¬ fahren beschreibt ein Vorgeben einer Dampfturbinencharakte- ristik an ein Regelmodul, wobei jedes einer Mehrzahl von Ventilen einen bestimmten Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen (sowie einen Massestrom) eines Fluides zum Betreiben einer Dampfturbine bereitstellt, wobei die Öffnungsquerschnitte der Ventile einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt bilden. Der Gesamt- Öffnungsquerschnitt wird mittels des Regelmodules in Abhän¬ gigkeit von der vorgegebenen Dampfturbinencharakteristik und einem Betriebspunkt der Dampfturbine, vorgegeben. Ferner be- schreibt das Verfahren ein Betätigen der Mehrzahl von Ventilen mittels des Regelmodules derart, dass jedes der Mehrzahl von Ventilen einen bestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem vorge¬ gebenen Gesamt-Öffnungsquerschnitt variabel eingestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine
Dampfturbine bereitgestellt. Die Dampfturbine weist ein Re¬ gelmodul auf, an welches eine Dampfturbinencharakteristik vorgebbar ist. Ferner weist die Dampfturbine eine Mehrzahl von Ventilen auf, welche einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt mittels des Regelmodules bereitstellt. Das Regelmodul ist konfiguriert den Gesamt-Öffnungsquerschnitt , in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dampfturbinencharakteristik und einem Betriebspunktes, vorzugeben, wobei mittels jedem der Mehrzahl von Ventilen ein bestimmter Öffnungsquerschnitt zum Durch- strömen (sowie auch ein Massestrom) eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine bereitstellbar ist. Mittels des Regelmo¬ duls ist die Mehrzahl von Ventilen derart betätigbar, dass jedes der Mehrzahl von Ventilen einen bestimmten Öffnungs- querschnitt aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt jedes der Mehrzahl von Ventilen in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gesamt-Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist. Unter dem Begriff „Regelmodul" wird insbesondere ein Mo¬ dul, Regler oder Regelkreis verstanden, welcher eine hinterlegte Reglerlogik und insbesondere eine hinterlegte
Reglerkennlinie aufweisen kann. Das Regelmodul kann innerhalb des Regelkreises ein vorgegebenes Signal (Sollwert) mit dem eingestellten Signal (Istwert) vergleichen. Dabei kann das
Regelmodul Werte an die nach geordneten Aktuatoren oder auch an Aktuatoren senden, welche in dem Regelmodul integriert sind, um somit die Ventile der Dampfturbine anzusteuern. Die hinterlegte Reglerlogik dient dazu, um die einzelnen Ventile in einer bestimmten Reihenfolge anzufahren. Innerhalb der
Reglerlogik ist zum einen die Reihenfolge der anzufahrenden Ventile hinterlegt. Zum anderen können auch die Art des Betä¬ tigens der Ventile (Öffnen, Schließen) und/ oder die Höhe des Betätigungswertes (wie weit sich das Ventil öffnen oder schließen soll) festgelegt sein. Ferner sind in der
Reglerlogik weitere Parameter zum Betreiben der Dampfturbine und zum Steuern der Ventile hinterlegt und/oder werden von der Reglerlogik erfasst. Dabei handelt es sich um eine Reihe von Einflussfaktoren (wie Dampfturbinenleistung, Massestrom, Entnahmemasseströme, Druck) , welche zum Einstellen und Steu¬ ern der Ventile beachtet werden müssen. Das Regelmodul kann dabei aus entsprechenden elektronischen Komponenten und Regelkreisen aufgebaut sein, wie Controller, MikroController oder integrierte Regelkreise. Ferner kann das Regelmodul auch einen oder mehrere Aktuatoren umfassen, welche die Ventile direkt betätigen. Insbesondere können die Aktuatoren in einem Stellantrieb zusammengefasst sein oder die Aktuatoren als Stellmotoren ausgebildet sein. Zumindest einer der Aktuatoren kann ein hydraulischer Aktuator sein. Zumindest einer der Ak- tuatoren kann ein elektromechanischer Aktuator sein. Zumindest einer der Aktuatoren kann ein pneumatischer Aktuator sein. Mittels der Aktuatoren wird die Mehrzahl von Ventilen zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verfahren. Ferner ist in dem Regelmodul der anzufahrende Öff¬ nungsquerschnitt der einzelnen Ventile und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Mehrzahl von Ventilen hinterlegt.
Unter dem Begriff „Mehrzahl von Ventilen" wird die Ver- wendung von zumindest zwei Ventilen verstanden, welche die
Dampfzufuhr der Dampfturbine beeinflussen bzw. regeln und somit die Dampfturbine betreiben. Insbesondere wird darunter die Verwendung von vier Ventilen verstanden, welche zum Betreiben der Dampfturbine verwendet werden. Ferner ist auch ein Einsatz von drei Ventilen oder mehr als vier Ventilen möglich .
Unter dem Begriff „Betätigen" wird insbesondere ein Ausführen einer Tätigkeit verstanden, welche die Ventile akti¬ viert bzw. bedient, um eine bestimmte Position einzunehmen und ein Betreiben der Dampfturbine zu ermöglichen. Dabei kann zumindest ein Ventil der Mehrzahl der Ventile betätigt wer¬ den, als auch zumindest zwei oder mehr, oder auch alle Venti¬ le. Unter dem Begriff „Dampfturbinencharakteristik" werden
Eigenschaften der Dampfturbine verstanden, welche den Betrieb der Dampfturbine beeinflussen und welche von Seitens eines Anwenders eingestellt werden können. Diese Dampfturbinencha¬ rakteristik kann die Leistung der Dampfturbine umfassen. Fer- ner kann die Dampfturbinencharakteristik den Dampfdruck der
Dampfturbine umfassen. In Abhängigkeit von dieser Dampfturbi¬ nencharakteristik werden die Ventile gesteuert bzw. betätigt.
Mittels des Regelmodules wird dabei die Ist- und Soll- Dampfturbinencharakteristik erfasst, um anschließend den er- forderlichen Gesamt-Öffnungsquerschnitt zu berechnen oder auszuwählen, mittels welchem die erforderliche Soll- Dampfturbinencharakteristik am effektivsten erreicht werden kann .
Unter dem Begriff „Gesamt-Öffnungsquerschnitt" wird der Querschnitt aller Ventile der Dampfturbine verstanden. Dieser Gesamt-Öffnungsquerschnitt setzt sich aus dem jeweiligen Öff¬ nungsquerschnitten aller einzelnen Ventile der Dampfturbine zusammen. Dabei ist der Öffnungsquerschnitt eines Ventils, die Öffnung des Ventils selbst, d.h. der Zustand der Öffnung, in welchem sich ein Ventil befindet. Der erforderliche Ge- samt-Öffnungsquerschnitt ergibt sich aus den an das Regelmo¬ dul vorgegebenen Sollwerten der Dampfturbinencharakteristik (Dampfturbinenleistung, Druck vor der Dampfturbine, Massenstrom der Ventile oder Entnahmemassenströme und Betriebsrand¬ bedingungen (z.B. Abdampfdruck, Prozessparameter)). Anhand dieser Randbedingungen ermittelt das Regelmodul den benötig¬ ten Gesamt-Öffnungsquerschnitt , um die vorgegebene Dampftur- binencharakteristik einzustellen. Der erforderliche Gesamt- Öffnungsquerschnitt ergibt sich aus der Summe der jeweiligen Ventilöffnungen unter Berücksichtigung der zugehörigen Ventilöffnungscharakteristik des Ventils (d.h. das offen sein oder das geschlossen sein eines oder mehrerer Ventile und den sich daraus ergebenden Öffnungsquerschnitt des entsprechenden Ventils) . Die Aufgabe des Regelmoduls liegt darin, für einen Betriebspunkt die optimalen Ventilstellungen zu ermitteln unter Berücksichtigung minimierter Druckverluste an der Dampfturbine. Minimierte Druckverluste werden erreicht, indem die- jenigen Ventile möglichst weit geöffnet werden, welche den erforderlichen Gesamt-Öffnungsquerschnitt gemeinsam darstel¬ len können.
Unter dem Begriff „Betriebspunkt" wird die Gesamtheit aller Betriebs- und Prozessparameter der Dampfturbine selbst und/oder den dazu zugehörigen Arbeitsmaschinen, wie z.B. ein Getriebe (in seiner Gesamtheit als Dampfturbosatzes bezeich¬ net) unter Berücksichtigung der Regelungsvorgaben verstanden. Der Betriebspunkt ist somit der derzeitige Arbeitspunkt der Dampfturbine. Der Betriebspunkt berücksichtigt alle Randpara- meter, d.h. den Ist-Druck, die Ist-Dampfturbinenleistung etc. Das Regelmodul verwendet den erfassten Betriebspunkt, um in Abhängigkeit davon den Gesamt-Öffnungsquerschnitt einzustel¬ len und somit die Dampfturbinencharakteristik .
Unter dem Begriff „variabel" wird eine nicht feste An- Ordnung bzw. Sequenz verstanden, in welcher die Ventile den Gesamt-Öffnungsquerschnitt bei jeweiligen bestimmten Be¬ triebspunkten einstellen. Dabei können die einzelnen Öffnungsquerschnitte der Ventile variabel angesteuert werden. Ferner kann dabei die Reihenfolge der Ventile, bzw. die Rei¬ henfolge der Öffnungsquerschnitte der Ventile, variiert wer¬ den, sodass diese zu unterschiedlichen Betriebspunkten betätigt werden können. Der Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Betä- tigung der Ventile ist somit variabel über den Betrieb der
Dampfturbine, d.h. variabel über einzelne Betriebspunkte. Mit anderen Worten ist nicht von vorherein festgelegt, in welcher Reihenfolge die Ventile betätigt werden müssen, um den Ge¬ samt-Öffnungsquerschnitt einzustellen. Stattdessen kann die Betätigung der Ventile untereinander und in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt und der einzustellenden Dampfturbinencha- rakteristik variiert werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Dampfturbine bereitgestellt, bei wel¬ cher die feste Öffnungsreihenfolge der Ventile aufgehoben wird, um somit eine höhere Flexibilität und erweiterte Funk¬ tionalität in der Betreibung und Ansteuerung der Dampfturbine zu ermöglichen, sodass sich insgesamt eine verbesserte Per¬ formance der Dampfturbine und des Verfahrens zum Betreiben der Dampfturbine ergibt. Dies wird ermöglicht durch das Ver- fahren und die Dampfturbine gemäß der vorliegenden Erfindung, dadurch, dass der Öffnungsquerschnitt jedes der Mehrzahl der Ventile in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gesamt- Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist.
Eine Dampfturbine wird auf den unterschiedlichen Betrieb der Anlage optimiert, in welcher sie eingesetzt werden soll. Es gibt diesbezüglich die Möglichkeit, die Dampfturbine immer unter gleicher Last zu fahren, wobei sie üblicherweise als drosselgeregelte Turbine ausgelegt wird. Bei dieser Möglich¬ keit wird die Turbine auf einen maximalen Lastpunkt (auch Ventilpunkt genannt) ausgelegt. Sollen dagegen verschiedene Lastpunkte angefahren werden, wird die Dampfturbine mittels mehreren Ventilen geregelt. Bei der Verwendung von mehreren Ventilen besteht die Dampfturbine aus einem Einströmbereich, um welchen in Umfangsrichtung der Dampfturbine (die Umfangs- richtung definiert sich dabei durch die Dampfturbinenachse, um welche sich die Schaufeln der Dampfturbine bewegen) Sekto¬ ren angeordnet sind. In diese Sektoren leiten die Ventile das Fluid (bzw. Dampf) zum Betreiben der Dampfturbine ein. Soll nun die Dampfturbinencharakteristik, wie die Leistung oder der Druck der Dampfturbine, gesteuert werden, wird je nach gewünschter Charakteristik das entsprechende Ventil betätigt oder auch mehrere entsprechende Ventile der Dampfturbine. Die Auswahl des bzw. der entsprechenden Ventile erfolgt über ein Regelmodul, in welchem der Gesamt-Öffnungsquerschnitt , der Öffnungsquerschnitt der einzelnen Ventile, der Betriebspunkt und die Reihenfolge der Betätigung der Ventile in einer
Reglerlogik hinterlegt ist. Aufgrund der Auswahl und der Va- riabilität in der Öffnungscharakteristik jedes der Mehrzahl der Ventile und somit auch in der Betätigung der Ventile können verschiedene Leistungsstufen (Last-/Ventilpunkte) der Dampfturbine angefahren werden. Um eine bessere Performance der Dampfturbine zu erreichen, wird somit die Reihenfolge, in welcher die Ventile betätigt werden variabel gesteuert, so dass keine feste Öffnungsreihenfolge mehr vorliegt.
Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungs¬ formen der Dampfturbine und des Verfahrens zum Betreiben der Dampfturbine beschrieben.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigen der Mehrzahl von Ventilen ferner ein Betätigen der Mehrzahl von Ventilen in einer ersten vorgegebenen Soll-Ventilöffnungscharakteristik zum Einstellen eines ersten Gesamt-Öffnungsquerschnittes auf und ein Betätigen der Mehrzahl von Ventilen in einer zweiten vorgegebenen Soll- Ventilöffnungscharakteristik zum Einstellen eines zweiten Gesamt-Öffnungsquerschnittes auf, wobei sich der erste Gesamt- Öffnungsquerschnitt von dem zweiten Gesamt- Öffnungsquerschnitt unterscheidet.
Unter dem Begriff „Ventilöffnungscharakteristik" wird eine Charakteristik eines jeden einzelnen Ventils verstanden, welche die Eigenschaften von jedem der Ventile wiederspie¬ gelt. D.h. die Ventilöffnungscharakteristik umfasst das Öff- nungsverhalten und den Öffnungszustand des Ventils, wie z.B. die Höhe des Ventilhubes, den Bereich des möglichen Masse¬ stromes durch das Ventil und die Öffnungszeit des Ventils. Ferner kann die Ventilöffnungscharakteristik des Ventils ne- ben dem Öffnungsverhalten des Ventils auch das Schließverhal¬ ten des Ventiles umfassen, wie die Schließzeit des Ventiles. Weiterhin umfasst die Ventilöffnungscharakteristik den Öffnungsquerschnitt eines jeden Ventils und bei Verwendung von mehr als einem Ventil den Öffnungsquerschnitt der verwendeten Ventile, den Gesamt-Öffnungsquerschnitt . Ferner umfasst die Ventilöffnungscharakteristik auch die Betätigungsreihenfolge der einzelnen Ventile. Bei der Soll- Ventilöffnungscharakteristik handelt es sich um die vorausge- wählte Charakteristik, welche die Dampfturbine im entspre¬ chenden Betriebszustand aufweisen soll, um somit die entspre¬ chende Dampfturbinencharakteristik zu erbringen. Dies bedeutet, dass die Ventile mittels des Regelmodules entsprechend gesteuert werden müssen, um die Soll- Ventilöffnungscharakteristik zu erzeugen. Dabei wird an das Regelmodul die gewünschte Dampfturbinencharakteristik vorge¬ geben, um so mittels des Regelmodules die entsprechende Ven¬ tilöffnungscharakteristik für die Dampfturbinencharakteristik auszuwählen und an die Ventile vor und während des Ausführens der Betätigung weiter zu geben. Um verschiedene Dampfturbi- nencharakteristiken einstellen zu können, sind verschiedene Ventilöffnungscharakteristiken in dem Regelmodul oder auf einem entsprechenden Computermedium (wie z.B. ein Controller), welches mit dem Regelmodul verknüpft ist, hinterlegt. Somit ist zu jeder Dampfturbinencharakteristik eine Ventilöffnungscharakteristik auswählbar, wobei sich die Ventilöffnungscharakteristik der Mehrzahl der Ventile je nach einer gewählten Betriebsart unterscheidet. Durch dieses Verfahren des Betrei¬ bens einer Dampfturbine können unterschiedliche Ventilöff- nungscharakteristiken einer Ventilbetätigung realisiert werden, wobei unterschiedliche anfahrbare Lastpunkte (Ventil¬ punkte) möglich gemacht werden. Damit wird die Limitierung der Anzahl der Lastpunkte (Ventilpunkte) durch die feste Ven¬ tilöffnungscharakteristik (insbesondere durch die feste Betä- tigungsreihenfolge der Ventile) aufgehoben. Ferner kann durch die variable Ventilbetätigungsreihenfolge bei dem ersten An¬ fahren der Turbine auf ein sogenanntes zusätzliches Anfahr¬ ventil verzichtet werden. Dieses Anfahrventil kann mittels eines Ventiles innerhalb der Ventilöffnungscharakteristik ersetzt werden, sodass schon ein integriertes Ventil als An¬ fahrventil nutzbar ist. Somit vereinfachen sich der Aufbau und die Auslegung der Dampfturbine erheblich.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist die Ventilöffnungscharakteristik eine Reihenfolge zur Betätigung der Mehrzahl der Ventile zueinander auf, wobei sich die Reihenfolge der ersten Ventilöffnungscharakteristik und die Reihenfolge der zweiten Ventilöffnungscharakteristik unterscheiden. Unter dem Begriff „Reihenfolge" wird eine Abfolge, Sequenz oder ein Ablauf verstanden, welcher das Betätigen der Ventile zu einem bestimmten Betriebspunkt umfasst. Dabei werden die Ventile gemäß ihrer Ventilöffnungscharakte¬ ristik in einer (Betätigungs- ) Reihenfolge angesteuert und betätigt, um in dieser Reihenfolge mittels des Regelmoduls betätigt zu werden und eine bestimmte Charakteristik der Dampfturbine erzeugen zu können. Ferner gibt die Reihenfolge die Öffnungsstellung zumindest eines Ventils zu einem be¬ stimmten Betriebspunkt vor. Insbesondere gibt die Betäti- gungssequenz die Öffnungsstellung aller Ventile zu bestimmten Zeitpunkten vor. Mittels der Reihenfolge wird eine Abfolge der Ventile gesteuert, wobei diese Steuerung der Ventile va¬ riabel ist. Die Abfolge kann eine zeitliche Steuerung der Ventile umfassen. Mittels dieser zeitlichen Steuerung der Ventile kann ausgehend von der vorhandenen Ist-Leistung der Dampfturbine die Soll-Leistung (bzw. vorgegebene Dampfturbi¬ nencharakteristik) eingestellt werden. Beispielsweise gibt die Reihenfolge ein Zeitintervall vor, an dessen Anfang der Ist-Zustand bzw. die Ist-Leistung der Dampfturbine sowie die Ist-Öffnungsstellungen der Ventile stehen. An dem Ende des
Zeitintervalls ist der gewünschte Soll-Zustand bzw. die Soll- Leistung (d.h. die Dampfturbinencharakteristik) der Dampfturbine definiert. Die Reihenfolge steuert (bzw. gibt vor) den Verlauf der Öffnungsstellungen der einzelnen Ventile zu be- stimmten Zeitpunkten zwischen dem Anfang und dem Ende des
Zeitintervalls. Das heißt, es kann die nacheinander folgende Betätigung bei z.B. vier Ventilen gewählt werden, sodass die Ventile VI bis V4 nach einander auslösen. Es kann jedoch auch eine andere Reihenfolge gewählt werden, sodass nicht mit Ven¬ til VI begonnen und/ oder mit Ventil V4 beendet wird. Somit können für einen Reglerausgangswert unterschiedliche Ventil¬ stellungen ermöglicht werden, sodass ein Endergebnis von z.B. einer bestimmten Dampfturbinencharakteristik durch ein unterschiedliches Öffnen der Ventile bereitstellbar ist.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigen der Mehrzahl von Ventilen mit einem bestimmten Öffnungsquerschnitt ein Öffnen und ein Schließen zu- mindest eines Ventiles auf. Mit anderen Worten kann ein und dasselbe Ventil innerhalb einer Betätigung sowohl geöffnet als auch geschlossen werden. Unter dem Begriff „Betätigen" kann ein Bedienen eines Ventils verstanden werden, wobei das Betätigen dabei das Öffnen eines Ventils und auch das Schlie- ßen desselben Ventils umfassen kann. Es können dabei sowohl ein oder auch mehrere Ventile ein Öffnen und/oder auch ein Schließen innerhalb einer Betätigung umfassen. Insbesondere kann nur ein erstes Ventil als erstes geöffnet und danach wieder geschlossen werden, wenn zwischenzeitlich und/oder auch danach z.B. ein zweites Ventil geöffnet wird. Das erste Ventil kann jedoch genauso an zweiter Stelle geöffnet und ge¬ schlossen werden, nachdem das zweite Ventil als erstes geöff¬ net wurde.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird der Öffnungsquerschnitt der Ventile zumindest teilweise parallel oder sequenziell zueinander geändert. In dieser Aus¬ führungsform ist es möglich, dass zumindest zwei Ventile gleichzeitig in unterschiedlichen Zuständen der Betätigung angesteuert und/oder betrieben werden bzw. gleichzeitig un- terschiedliche Öffnungszustände (bzw. Öffnungsquerschnitte) aufweisen. Ferner können sich Betätigungen der Ventile teilweise und/oder ganz und/oder auch gar nicht zeitlich überschneiden. Ferner können die Ventile auch sequenziell, also nach einander betätigt werden. Insbesondere können sich somit ein Öffnen von einem Ventil und ein Schließen von einem anderen Ventil oder auch ein Öffnen von einem Ventil und ein Öffnen von einem anderen Ventil oder auch ein Schließen von einem Ventil und ein Schließen von einem anderen überschneiden, wodurch sich bei zumindest zwei Ventilen die Öffnungssequenz (bzw. Öffnungsquerschnitt) teilweise parallel oder sequenzi- ell zueinander ändert.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bereitstellen eines Massestromes eines Ventiles aus der Mehrzahl von Ventilen bei voll¬ ständigem Öffnen des einen Ventils von der Mehrzahl der Ventile auf, welcher Massestrom geringer ist als ein Massestrom eines anderen Ventils aus der Mehrzahl der Ventile bei voll- ständigem Öffnen. Mit anderen Worten können die einzelnen
Ventile aus der Mehrzahl der Ventile unterschiedliche Masse¬ ströme bereitstellen. Sie können somit unterschiedliche Ven¬ tilgrößen aufweisen und somit bei maximaler Öffnung unterschiedliche Masseströme aufweisen. Dabei können alle Ventile untereinander eine andere Ventilgröße aufweisen. Ferner können einzelne Ventile auch in ihrer Ventilgröße und somit in dem bereitgestelltem Massestrom übereinstimmen. Mittels der Mehrzahl der Ventile wird ein Massestrom des Fluides (z.B. Dampf) der Dampfturbine bereitgestellt, wobei ein erster Mas- sestrom von einem der Ventile bereitgestellt wird und ein zweiter Massestrom von einem anderen der Ventile (wie zum Beispiel ein zweites, drittes oder viertes) bereitgestellt wird, wobei sich der Massestrom des einen Ventils von dem Massestrom des anderen Ventils unterscheidet.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfturbine in Umfangsrichtung einen
Einströmbereich auf, wobei ein Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen einen ersten Massenstrom einem ersten Sektor des Einströmbereiches bereitstellt und ein anderes Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor des Einströmbereiches bereitstellt. Nach dieser Aus¬ führungsform weist die Dampfturbine einen Einströmbereich für den Dampf auf, welcher Einströmbereich in Sektoren unterteilbar ist, wobei der Einströmbereich in zumindest zwei Sektoren unterteilt ist. In jeden dieser Sektoren strömt durch ein entsprechend zugeordnetes Ventil ein Massestrom ein, welcher ein Betreiben der Dampfturbine ermöglicht. Durch eine unter¬ schiedliche Konfiguration der Ventile ist es möglich den Sek- toren verschiedenartige Massenströme zuzuleiten, wobei ein Ventil welches einem Sektor zugeordnet ist einen entsprechenden Massestrom in den Sektor bereitstellt. Somit wird eine variable Leistungsabgabe der Dampfturbine ermöglicht.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weisen der erste Sektor und der zweite Sektor in Umfangsrich- tung eine unterschiedliche Erstreckung auf. Durch diese un¬ terschiedliche Erstreckung der Sektoren wird auch hiermit ei¬ ne variable Leistungsabgabe ermöglicht. Ferner können die Sektoren entsprechend derer zugeordneter Ventile angepasst werden .
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfturbine zumindest drei, insbesondere vier Ven¬ tile auf. Ferner weist die Dampfturbine in Umfangsrichtung einen Einströmbereich auf, welcher zumindest in drei, insbesondere vier Sektoren unterteil ist. Ein erstes Ventil stellt einen ersten Massenstrom einem ersten Sektor des
Einströmbereiches bereit, ein zweites Ventil stellt einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor des Einstrombereiches bereit, ein drittes Ventil stellt einen dritten Massestrom einem dritten Sektor des Einstrombereiches bereit und insbe¬ sondere ein viertes Ventil stellt einen vierten Massestrom einem vierten Sektor des Einströmbereiches bereit. Hierbei können sich die Masseströme der einzelnen Ventile unterschei- den, sodass sich drei, insbesondere vier, verschiedene Venti¬ le mit unterschiedlichen Ventilgrößen und somit drei, insbesondere vier, verschiedenen Masseströmen ergeben. Ferner können sich zumindest zwei der drei, insbesondere vier Ventile in ihrer Größe und somit in ihren Massenströmen übereinstim- men. Ferner können auch mehr als vier Ventile verwendet werden, wie zum Beispiel fünf Ventile.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist zu jedem Sektor zumindest ein Ventil, insbesondere eine Mehrzahl von Ventilen, zugeordnet oder zu jedem Ventil ist zumindest ein Sektor, insbesondere eine Mehrzahl von Sekto¬ ren, zugeordnet. D.h. ein Sektor kann von einem Ventil oder auch von mehreren Ventilen angesteuert werden. Auf der anderen Seite kann ein Ventil einen Sektor oder auch mehrere Sek- toren ansteuern. Es kann somit nicht nur eine eins zu eins Zuordnung von Ventil zu Sektor vorliegen sondern auch eine zwei oder drei oder mehr zu eins Zuordnung (welches äquiva¬ lent entsprechend für ein Ventil oder einen Sektor vorliegen kann) . Ferner kann die Zuordnung der Ventile zu einzelnen Sektor unsymmetrisch sein, genauso kann die Zuordnung der Sektoren zu den Ventilen unsymmetrisch sein.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Steuern einer Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und/oder eines Öffnungsdurchflusses der Mehrzahl von Ventilen in unterschiedlicher Art und Weise mittels des Regelmodules auf. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Ventile kann gesteuert werden, so dass festgelegt wird, wie schnell und/ oder über welche Zeit sich das Ventil öffnen soll. Ferner kann auch die Schließgeschwindigkeit der Ventile gesteuert werden, wobei steuerbar ist, wie schnell und/ oder über welche Zeit die Ventile schließen sollen. Ferner kann der Durchfluss der Ventile gesteuert werden, so dass der Wert (in welcher Höhe der Ventilhub erfolgen soll) eines Masse- Stromes durch das Ventil eingestellt wird, wobei ein Bereich zwischen dem Minimalen und dem Maximalen Durchfluss der Ventile steuerbar ist. Ferner kann nur ein Ventil in seiner Öffnungsgeschwindigkeit und/ oder Öffnungsdurchfluss gesteuert werden oder zumindest zwei Ventile bzw. alle Ventile.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung bleibt bei dem Schritt des Betätigens ein Betätigen eines Ventils aus der Mehrzahl von Ventilen und ein gleichzeitiges Betätigen eines anderen Ventiles aus der Mehrzahl von Ventilen die Dampfturbinencharakteristik konstant. Wird ein Ventil geöffnet und ein anderes Ventil geschlossen, wobei sich das Öffnen und das Schließen der zumindest zwei Ventile über¬ schneidet, dann bleibt während der Überschneidung dieses Be¬ tätigens der Ventile die Dampfturbinencharakteristik, d.h. die Leistung der Dampfturbine und/oder der Druck der Dampf- turbine, konstant. Es kommt somit zu keinem Abfall der Leis¬ tung und/oder des Druckes während einer Umschaltphase zwi¬ schen zwei Zuständen des Betätigens, wobei die Umschaltphase zumindest zwei verschiedene Zustände des Betätigens oder zwei gleiche Zustände des Betätigens aufweist.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfturbine einen Einströmbereich auf, welcher sich in Umfangsrichtung der Dampfturbine erstreckt. Dabei stellt ein erstes Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen einen ersten Massestrom einem ersten Sektor des Einströmbereiches bereit und zumindest ein zweites Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor des Einströmbereiches bereit. Der erste Sektor und der zweite Sektor weisen in Umfangsrichtung eine unterschiedliche Er- streckung auf. Ferner kann die Dampfturbine auch vier Sektoren aufweisen, welchen Sektoren jeweils ein Ventil zugeordnet ist, sodass die Dampfturbine bei vier Sektoren auch vier Ven- tile aufweist.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist zu jedem der Mehrzahl der Ventile ein entsprechender Ak- tuator zugeordnet. Auf diese Weise kann jedes Ventil indivi¬ duell mittels des Regelmodules angesteuert werden. Der Aktua- tor kann einen Stellmotor umfassen, sodass jedes Ventil der
Mehrzahl der Ventile von einem jeweiligen Stellmotor betätigt wird. Der Aktuator (Stellmotor) wird mittels des Regelmoduls angesteuert, insbesondere werden alle Aktuatoren, welche ein Ventil betätigen mittels des Regelmodules angesteuert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigne- ter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und an- dere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkma- len, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungs- beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Dampfturbine .
Fig. 2 zeigt einen Ablauf der Ventilöffnungscharakteris- tik.
Fig. 3 zeigt zwei gegenüber gestellte Abläufe des Ver¬ fahrens gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung .
Fig. 4 zeigt die Ventilöffnungscharakteristik von Venti- len gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt den Ablauf zweier Ventilöffnungscharakte¬ ristiken gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung auf.
Fig. 6 zeigt die Ventilöffnungscharakteristik in Bezug auf die Dampfturbinenleistung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsfor¬ men
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.
Im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Dampftur bine gemäß einer exemplarischen Ausführungsform beschrieben
Die Dampfturbine 100 weist einen Einströmbereich auf, welcher sich in Umfangsrichtung U um die Dampfturbine 100 e streckt. Ferner weist die Dampfturbine 100 vier Sektoren 101, 102, 103, 104 auf, welche sich in Umfangsrichtung U um den Einströmbereich erstrecken und ferner in dem Einströmbereich angeordnet sind. Ferner können sich die vier Sektoren 101, 102, 103, 104 in Umfangsrichtung U in ihrer Erstreckung unterscheiden. Die vier Sektoren 101, 102, 103, 104 können symmetrisch angeordnet sein. Die Sektoren 101, 102, 103, 104 können auch unsymmetrisch angeordnet sein, sodass zumindest einer der Sektoren 101, 102, 103, 104 kleiner als die anderen Sektoren 101, 102, 103, 104 ist. Ferner kann zumindest ein Sektor 101, 102, 103, 104 größer als die anderen Sektoren 101, 102, 103, 104 sein. Zu jedem der Sektoren 101, 102, 103, 104 ist ein Ventil zugeordnet, sodass die Dampfturbine 100 gemäß Fig. 1 vier Ventile VI, V2, V3, V4 aufweist. Eine ge- wünschte und vorbestimmte Dampfturbinencharakteristik wird an ein Regelmodul 105 vorgegeben. Eine Mehrzahl von Ventilen VI, V2, V3, V4 stellt einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt mittels des Regelmodules bereit. Das Regelmodul 105 ist konfiguriert den Gesamt-Öffnungsquerschnitt , in Abhängigkeit von der vor- gegebenen Dampfturbinencharakteristik und dem Betriebspunkt der Dampfturbine, vorzugeben, wobei mittels jedem der Mehrzahl von Ventilen VI, V2, V3, V4 ein bestimmter Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen (Massestrom) eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine 100 bereitstellbar ist. Die Ventile VI, V2, V3, V4 können unterschiedliche Ventilgrößen aufwei¬ sen, um somit einen bestimmten und/oder unterschiedlichen Öffnungsquerschnitt (und somit einen unterschiedlichen Mas¬ senstrom) pro Ventil VI, V2, V3, V4 bereitzustellen. Mittels des Regelmodules 105 sind die Ventile VI, V2, V3, V4
betätigbar, sodass jedes der Ventile VI, V2, V3, V4 einen vorbestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist. Der Gesamt- Öffnungsquerschnitt jedes der Ventile VI, V2, V3, V4 ist da¬ bei variabel steuerbar. Mit anderen Worten können die Ventile VI, V2, V3, V4 in der Sequenz von VI, V2, V3, V4 nacheinander betätigt werden, oder auch in der Sequenz von V2, V3, V4, VI oder V4, VI, V2, V3 und in weiteren Sequenzen. Bei vier Ventilen ergeben sich fünfzehn verschiedene Betätigungssequenzen. Gleichzeitig ergeben sich durch die verschiedenen Betä- tigungssequenzen fünfzehn verschiedene Ventilpunkte. Das ers¬ te Ventil VI aus der Mehrzahl der Ventile VI, V2, V3, V4 stellt während des Betätigens einen ersten Massestrom dem ersten Sektor 101 bereit und das zweite Ventil V2 stellt ei- nen zweiten Massestrom dem zweiten Sektor 102 des
Einströmbereiches bereit. Dabei kann der erste Sektor 101 und der zweite Sektor 102 in Umfangsrichtung U eine unterschiedliche Erstreckung aufweisen. Ferner stellen die Ventile V3 und V4 einen dritten und vierten Massestrom zu den dritten Sektor 103 und dem vierten Sektor 104 des Einströmbereiches bereit, wobei auch der dritte Sektor 103 und der vierte Sek¬ tor 104 in Umfangsrichtung U eine unterschiedliche Erstre¬ ckung aufweisen können. Zur Betätigung der Ventile VI, V2, V3, V4 ist jedem der Ventile VI, V2, V3, V4 ein entsprechen- der Aktuator zugeordnet. Diese Aktuatoren betätigen die Ventile VI, V2, V3, V4, um das gewünschte Betätigen, also Öffnen oder Schließen auszuführen. Die exemplarische Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist nicht auf vier Ventile VI, V2, V3, V4 be¬ schränkt andere Ausführungsformen wie z. B. mit nur zwei Ven- tilen VI, V2 oder auch mehr als vier Ventilen sind möglich. Ferner sind die Sektoren auf die Ventile abstimmbar, d.h. wenn nur zwei Ventile vorliegen, liegen entsprechend zwei Sektoren vor, wenn mehr als vier Ventile vorliegen, liegen entsprechend der Anzahl der Ventile auch die entsprechende Anzahl der Sektoren vor. Diese Zuordnung kann auch unsymmetrisch erfolgen, sodass ein oder mehrere Ventile zu einem Sektor zugeordnet sind, oder sodass ein oder mehrere Sektoren zu einem Ventil zugeordnet sind. Ferner werden für einen ent¬ sprechenden Gesamt-Öffnungsquerschnitt (bzw. Massestrom), welcher bereitgestellt werden soll, um die Charakteristik der Dampfturbine einzustellen, geeignete Ventile ausgewählt, wel¬ che diesen bestimmten Öffnungsquerschnitt (Massestrom) bereitstellen können. Die Sektoren werden auf die entsprechenden Ventile abgestimmt, um eben diesen Öffnungsquerschnitt (Massestrom) zum Betreiben der Ventile nutzen zu können.
Im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein Ablauf der Ventilöffnungscharakteristik beschrieben. In dem Diagramm aus Fig. 2 ist der Ventilhub über dem Massestrom qm (qm) pro Leistung P abgetragen. Die Ventilöffnungscharakteristik besteht im vorliegenden Beispiel aus vier Ventilen VI, V2, V3, V4 welche zu unterschiedlichen Betriebspunkten x (und/oder Zeiten) nacheinander bzw. zu unterschiedlichen Bedarfsanfor- derungen ausgelöst werden. Mittels dieser unterschiedlichen Auslösezeiten werden die Ventile zum Beispiel nacheinander geöffnet, um die Dampfturbine von einer derzeitigen, vorhandenen Ist-Leistung zu einer gewünschten Soll-Leistung (vorgegebenen Dampfturbinencharakteristik) zufahren. Das Regelmodul 105 berechnet dabei die gewünschte Leistung (Dampfturbinen¬ charakteristik) , kann diese mit der Ist-Leistung zum Betriebspunkt vergleichen, kann anschließend berechnen mittels welchem Gesamt-Öffnungsquerschnitt am effektivsten die Soll- Leistung (Dampfturbinencharakteristik) erreicht wird und kann anschließend die Soll-Ventilöffnungscharakteristik mittels der angesteuerten Ventile einstellen. Die Ventile werden dabei zu den Betriebspunkten (Zeitpunkten) bzw. Bedarfsanforderungen an den Positionen Pos. 1, Pos. 2. Pos. 3 geöffnet. Ventil VI wird bei Pos. 0 geöffnet. Ventil V2 wird bei Pos. 1 geöffnet, Ventil V3 bei Pos. 2 und Ventil V4 bei Pos. 3. Die Ventile VI, V2, V3, V4 werden in einer festen Öffnungsreihenfolge nacheinander mittels des Regelmodules geöffnet. Das Re¬ gelmodul steuert einen Stellantrieb eines Ventiles an, wobei das Regelmodul mittels einer hinterlegten Reglerlogik die Pa- rameter zur Ventilbetätigung an den Stellantrieb sendet. Im
Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden Abläufe des Verfahrens zum Betreiben einer Dampfturbine gemäß einer exempla¬ rischen Ausführungsform beschrieben. Es sind zwei verschiedene Abläufe zum Betreiben einer Dampfturbine dargestellt. Bei- de Verfahrensabläufe können mit ein und derselben Dampfturbi¬ ne durchgeführt werden. Die Verfahrensabläufe beziehen sich auf eine Dampfturbine, welche vier Ventile VI, V2, V3, und V4 aufweist. Die Ventile VI, V2, V3, V4 werden mittels des Re¬ gelmodules 105, in Abhängigkeit von der geforderten Dampftur- binencharakteristik und dem Betriebspunkt der Dampfturbine, hier die Dampfturbinenleistung PI, P2 betätigt, sodass jedes Ventil VI, V2, V3, V4 einen bestimmten Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen (Massestrom) eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine bereitstellen kann. Dabei stellen die Ventile VI, V2, V3, V4 einen Gesamt- Öffnungsquerschnitt bereit, wel¬ cher in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dampfturbinencha- rakteristik und einem Betriebspunkt der Dampfturbine vorgege- ben wird. Die Ventile VI, V2, V3, V4 werden mittels des Re¬ gelmodules 105 betätigt, sodass jedes Ventil VI, V2, V3, V4 einen bestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist. Dabei wird der Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Ge- samt-Öffnungsquerschnitt variabel eingestellt. Mittels der Ventilöffnungscharakteristik wird die Dampfturbine von der derzeitigen Ist-Leistung auf eine Soll-Leistung (angegebene Dampfturbinencharakteristik) gefahren. Dabei werden die Ventile VI, V2, V3, V4 in einer zeitlichen Reihenfolge betätigt. Das heißt, sie werden jeweils in der bzw. mittels der be- stimmten Reihenfolge der Ventilöffnungscharakteristik geöffnet und/oder geschlossen, so dass nach Ablauf der Sequenz die Soll-Leistung der Dampfturbine erreicht wird. Die beiden Ab¬ läufe aus Fig. 3 unterscheiden sich darin, dass in jedem Ablauf eine andere Dampfturbinenleistung PI und P2 dem Regelmo- dul 105 vorgeben wird. Anstatt der Leistung kann auch ein gewünschter Druck an das Regelmodul vorgegeben werden. Bei dem ersten Verfahrensablauf wird in Schritt 1 eine Leistung PI an das Regelmodul 105 vorgegeben. Gemäß dieser ersten vorgegebe¬ nen Soll-Ventilöffnungscharakteristik werden die Ventile in einem ersten Gesamt-Öffnungsquerschnittes betätigt. Das Re¬ gelmodul 105 wählt aufgrund dessen die entsprechende Öff¬ nungsquerschnitte für die Ventile VI, V2, V3, V4 aus. Somit startet das Regelmodul 105 in Schritt 2 mit dem Ventil V2. In Schritt 3 wird mittels des Regelmodules 105 das vierte Ventil V4 geöffnet. In Schritt 4 wird das erste Ventil VI geöffnet und in Schritt 5 wird das letzte noch nicht geöffnete Ventil V3 geöffnet. Dieser Verfahrensablauf unterscheidet sich zum Stand der Technik darin, dass nicht wie üblich mit dem ersten Ventil VI gestartet wird, sondern mit Ventil V2 gestartet werden kann. Ferner kann auch mit jedem anderen Ventil VI, V2, V3, V4 gestartet werden.
In dem zweiten Verfahrensablauf wird eine andere Dampfturbi¬ nenleistung P2 in Schritt 1 an das Regelmodul 105 vorgegeben. Die Ventile VI, V2, V3, V4 werden gemäß der zweiten vorgege¬ benen Soll-Ventilöffnungscharakteristik in einem zweiten Ge- samt-Öffnungsquerschnittes betätigt. Der erste Gesamt- Öffnungsquerschnitt aus dem ersten Verfahrensablauf unter- scheidet sich dabei von dem zweiten Gesamt-
Öffnungsquerschnittes des zweiten Verfahrensablaufes gemäß Fig. 3. In Schritt 2 beginnt die Reihenfolge der Ventilöff¬ nungscharakteristik mit dem Öffnen von Ventil V2. In Schritt 3 wird das Ventil V2 geschlossen und gleichzeitig oder teil- weise parallel Ventil V2 geöffnet. In Schritt 4 wird Ventil V4 geöffnet und in Schritt 5 wird Ventil V3 geöffnet. Dieser zweite Verfahrensablauf unterscheidet sich von dem ersten Verfahrensablauf darin, dass zumindest ein Ventil VI, V2, V3, V4 wieder geschlossen wird, nachdem es geöffnet wurde und/ oder das zumindest ein anderes Ventil VI, V2, V3, V4 teilwei¬ se parallel geöffnet wird während das eine Ventil VI, V2, V3, V4 offen ist und/oder geöffnet wird und/oder geschlossen wird. Ferner wird der Öffnungsquerschnitt der Ventile VI, V2, V3, V4 sequenziell zueinander geändert. Wie den obigen Aus- führungen entnommen werden kann weist das Betätigen der Ventile VI, V2, V3, V4 mit einem vorbestimmten Öffnungsquerschnitt ein Öffnen und ein Schließen von zumindest einem Ventil VI, V2, V3, V4 auf. Die Soll-Dampfturbinenleistungen PI und P2 (bzw. die gewünschte Dampfturbinencharakteristik) kön- nen von einander verschieden sein, um unterschiedliche Leistungen mittels einer Dampfturbine 100 bereitstellen zu können. Ferner können die Soll-Dampfturbinenleistungen PI und P2 gleich sein, um mittels der variablen Öffnungsquerschnitte und/oder der variablen Ventilöffnungscharakteristik dieselbe Leistung nur durch unterschiedliches Betätigen der Ventile VI, V2, V3, V4 zu erzeugen. Damit kann eine gewünschte Performance und ein gewünschtes Strömungsverhalten der Dampfturbine 100 bereitgestellt werden.
Im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine Ventilöff- nungscharakteristik der Ventile gemäß einer exemplarischen
Ausführungsform beschrieben. In dem Diagramm gemäß Fig. 4 ist der Ventilhub der Ventile VI, V2, V4 über dem Betriebspunkt (und/ oder auch über der Zeit) abgetragen. Die Ventile VI, V2, V4, öffnen zu unterschiedlichen Betriebspunkten (die Ventile können auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten öffnen) . Das Ventil V4 wird als erstes geöffnet. Danach wird das Ven¬ til VI geöffnet und danach das Ventil V2. Bei dieser Ventil- Öffnungscharakteristik wird Ventil V4 wieder geschlossen (absteigende Flanke des V4) die Ventile VI und V2 bleiben dahin¬ gegen geöffnet. Es kann somit mittels des Regelmodules 105 festgelegt werden und angesteuert werden, wann die einzelnen Ventile VI, V2, V4 geöffnet werden sollen. Ebenfalls kann an- gesteuert werden, wann die einzelnen, bzw. zumindest ein Ventil VI, V2, V4 geschlossen werden soll. Alle Ventile VI, V2 und V4 können maximal geöffnet werden (oder einen maximaler Ventilhub aufweisen, im Diagramm mittels 0 für Minimum und 1 für Maximum gekennzeichnet) . Dies bedeutet, dass die Ventile VI, V2, V4, wenn sie maximal geöffnet werden auch ihren maximal möglichen Massestrom bereitstellen können.
Im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein Ablauf zweier Ventilöffnungscharakteristiken gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In diesem Diagramm ist der Ventilhub der Ventile VI, V2, V3 und V4 über dem Massestrom qm pro Leistung P abgetragen. Eine Ventilöffnungscharakteristik ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Für jeden Abschnitt I bis IV ergibt sich eine Öffnung eines Ventils. Demgemäß wird im Abschnitt I das Ventil VI ge- öffnet, danach im Abschnitt II das Ventil V2, dann im Ab¬ schnitt III das Ventil V3 und zuletzt im Abschnitt IV das Ventil V4. Wie schon in Fig. 2 erläutert sind vier Positionen vorhanden, bei denen die Ventile öffnen (Pos. V0 für Ventil VI, Pos. VI für Ventil V2, Pos. V2 für Ventil V3 und Pos. V3 für Ventil V4) . Im Vergleich dazu ist die Ventilöffnungscha¬ rakteristik gemäß eine anderen exemplarischen Ausführungsform der Erfindung als durchgängige Linie dargestellt. Auch hier werden die Ventile VI, V2, V3 und V4 betätigt, jedoch in ei¬ ner variablen Ventilöffnungscharakteristik, d.h. in einer va- riablen Reihenfolge der Ventile. Nach dieser Ventilöffnungs¬ charakteristik werden die Ventile in folgender Reihenfolge betätigt: V2, V4, VI und zuletzt V3. Aufgrund der variablen Betätigung ergeben sich auch variable Ventilpunkte (Pos. VIA, Pos. V2A und Pos. V3A) . Die Betätigung kann auch eine andere Sequenz bzw. Reihenfolge der Ventile umfassen. Die Ventile VI, V2, V3, V4 können dabei alle eine unterschiedliche Ven¬ tilgröße aufweisen, wie aus den unterschiedlich großen Be- reich I bis IV erkennbar ist. Durch die unterschiedlichen
Ventilgrößen können die Ventile VI, V2, V3, V4 jeweils einen Massestrom bereitstellen, wobei ein Massestrom eines der Ventile VI, V2, V3, V4 beim vollständigen Öffnen des einen Ventils geringer ist, als ein Massestrom eines anderen Ventils von den Ventilen VI, V2, V3, V4 bei vollständigem Öffnen. Aus Fig. 5 lässt sich entnehmen, dass der Massestrom von V2 geringer als der Massestrom von V3 und der Massestrom von V4 geringer als der Massestrom von V3 ist und ebenfalls geringer als der Massestrom von VI ist.
Im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird eine Ven¬ tilöffnungscharakteristik in Bezug auf die Dampfturbinenleis- tung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Ventil VI wird zum Betriebspunkt (welcher zu einem ersten Zeitpunkt vorliegt) tVl geöffnet und fährt bis zum Zeitpunkt tV2 auf. Danach wird Ventil VI zum Zeitpunkt tV2 geschlossen und fährt bis zum Zeitpunkt tV3 zu. Zur glei¬ chen Zeit, wenn Ventil VI geschlossen wird, wird Ventil V2 geöffnet bis es zum Zeitpunkt tV3 vollständig geöffnet sein kann. Der Öffnungsquerschnitt der Ventile VI, V2 kann zumin- dest teilweise parallel oder sequentiell zueinander geändert werden. Dabei wird der UmschaltZeitpunkt zwischen dem Schlie¬ ßen von Ventil VI und dem Öffnen von Ventil V2 als Umschalt¬ phase bezeichnet. Während dieser Phasen, Regelphase von Ven¬ til VI (das Öffnen) und Regelphase von Ventil V2 (das Offen sein oder das weitere Öffnen) und der Umschaltphase kann eine konstante Leistung P gewährleistet werden. Insbesondere kann eine konstante Leistung P dadurch gewährleistet werden, dass Ventil VI und Ventil V2 während der Umschaltphase auf einan¬ der abgestimmt gesteuert werden, sodass das Schließen und das Öffnen aufeinander abstimmbar ist, um eine gleichbleibende
Leistung P (in einem anderen Fall auch einen gleichbleibenden Druck) zu erzielen. Somit sind die einzelnen Schritte/Phasen des Betätigens der Ventile mittels des Regelmodules aufeinan- der abstimmbar, um eine konstante Dampfturbinencharakteristik beizubehalten. Für die Beibehaltung der konstanten Dampfturbinencharakteristik wird der Öffnungsquerschnitt gesteuert. Dabei kann eine Öffnungsgeschwindigkeit gesteuert werden, so- dass Ventil V2 erst öffnet, wenn Ventil VI maximal geöffnet ist. Ferner kann gesteuert werden, dass das Ventil VI in ei¬ ner bestimmten Geschwindigkeit geschlossen wird und gleichzeitig das Ventil V2 in einer bestimmten Geschwindigkeit ge¬ öffnet wird, sodass bei diesem bestimmten Geschwindigkeiten ein bestimmter Massestrom mittels der beiden Ventile erzeugt und beibehalten wird, sodass die Dampfturbinencharakteristik (Dampfturbinenleistung) konstant bleibt. Auch die Öffnungs¬ richtung der Ventile zwischen Minimum und Maximum der Ventilöffnung kann mittels des Regelmodules gesteuert werden, so- dass z. B. ein Ventil (VI) maximal geöffnet ist und ein ande¬ res Ventil (V2) nur zu einem Wert geöffnet wird, der dem Ma¬ ximum der Öffnung des Ventils VI entspricht.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine an- deren Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder
"ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewie¬ sen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kön¬ nen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (100), wobei das Verfahren aufweist:
Vorgeben einer Dampfturbinencharakteristik an ein Regelmodul (105) ,
wobei jedes einer Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) einen bestimmten Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine (100) bereitstellt, wobei die Öffnungsquerschnitte der Ventile (VI, V2, V3,
V3) einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt bilden,
wobei der Gesamtöffnungsquerschnitt mittels des Regelmo¬ dules (105) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dampfturbi¬ nencharakteristik und einem Betriebspunkt der Dampfturbine (100) vorgegeben wird,
Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) mittels des Regelmodules (105) derart, dass jedes der Mehr¬ zahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) einen bestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist,
wobei der Öffnungsquerschnitt jedes der Mehrzahl von
Ventilen (VI, V2, V3, v4) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gesamt-Öffnungsquerschnitt variabel eingestellt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) ferner aufweist
Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) in einer ersten vorgegebenen Soll-Ventilöffnungscharakteristik zum Einstellen eines ersten Gesamtöffnungsquerschnittes ,
Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) in einer zweiten vorgegebenen Soll-Ventilöffnungscharakteristik zum Einstellen eines zweiten Gesamtöffnungsquerschnittes , wobei sich die erste Ventilöffnungscharakteristik von der zweiten Ventilöffnungscharakteristik unterscheidet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Ventilöffnungscha¬ rakteristik eine Reihenfolge zur Betätigung der Mehrzahl von Ventilen zueinander aufweist, wobei sich die Reihenfolge der ersten Ventilöffnungscharakteristik und die Reihenfolge der zweiten Ventilöffnungscharakteristik unterscheiden.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Betätigen der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) mit einem bestimmten Öffnungsquerschnitt ein Öffnen und ein Schlie¬ ßen zumindest eines Ventiles aufweist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Öffnungsquerschnitt der Ventile (VI, V2, V3, V4) zumindest teilweise parallel oder sequenziell zueinander geändert wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner auf¬ weisend
Bereitstellen eines Massestromes eines Ventiles aus der
Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) bei vollständigem Öffnen des einen Ventils von der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4), welcher geringer ist als ein Massestrom eines anderen Ventils aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) bei vollständigem Öffnen.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dampfturbine (100) in Umfangsrichtung (U) einen
Einströmbereich aufweist,
wobei ein Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2,
V3, V4) einen ersten Massenstrom einem ersten Sektor (101) des Einströmbereiches bereitstellt und ein anderes Ventil aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor (102) des Einströmbereiches be- reitstellt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der erste Sektor (101) und der zweite Sektor (102) in Umfangsrichtung (U) eine unterschiedliche Erstreckung aufweisen.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfturbine (100) zumindest drei Ventile (VI, V2, V3, V4) aufweist, wobei die Dampfturbine (100) in Umfangsrichtung (U) einen Einströmbereich aufweist, welcher zumindest in drei Sektoren (101, 102, 103, 104) unterteilt ist,
wobei ein erstes Ventil (VI) einen ersten Massenstrom einem ersten Sektor (101) des Einströmbereiches bereitstellt, ein zweites Ventil (V2) einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor (102) des Einstrombereiches bereitstellt, ein drittes Ventil (V3) einen dritten Massestrom einem dritten Sektor (103) des Einstrombereiches bereitstellt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei zu jedem Sektor zumindest ein Ventil insbesondere eine Mehrzahl von Ventilen zugeordnet ist, oder
wobei zu jedem Ventil zumindest ein Sektor insbesondere eine Mehrzahl von Sektoren zugeordnet ist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend
Steuern, mittels des Regelmodules (105), einer Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und/oder eines Öffnungsdurchflusses der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) in unterschiedlicher Art und Weise.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei bei dem Schritt des Betätigens ein Betätigen eines Ventils aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) und ein gleichzeitiges Betätigen eines anderen Ventiles aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) die Dampfturbinencharakteristik konstant bleibt.
13. Dampfturbine (100), aufweisend
ein Regelmodul (105), an welches eine Dampfturbinencharakte¬ ristik vorgebbar ist,
eine Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4), welche einen Ge- samt-Öffnungsquerschnitt mittels des Regelmodules bereit¬ stellt,
wobei das Regelmodul (105) konfiguriert ist den Gesamt- Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dampfturbinencharakteristik und einem Betriebspunkt der
Dampfturbine (100), vorzugeben, wobei mittels jedem der Mehr¬ zahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) ein bestimmter Öffnungsquerschnitt zum Durchströmen eines Fluides zum Betreiben der Dampfturbine (100) bereitstellbar ist,
wobei mittels des Regelmoduls (105) die Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) derart betätigbar ist, dass jedes der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) einen bestimmten Öffnungsquerschnitt aufweist,
wobei der Öffnungsquerschnitt jedes der Mehrzahl der Ventile (VI, V2, V3, V4) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gesamt- Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist.
14. Dampfturbine (100) gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend einen Einströmbereich, welcher sich in Umfangsrichtung
(U) der Dampfturbine (100) erstreckt,
wobei ein erstes Ventil (VI) aus der Mehrzahl von Venti¬ len (VI, V2, V3, V4) einen ersten Massestrom einem ersten Sektor (101) des Einströmbereiches bereitstellt und zumindest ein zweites Ventil (V2) aus der Mehrzahl von Ventilen (VI, V2, V3, V4) einen zweiten Massestrom einem zweiten Sektor (102) des Einströmbereiches bereitstellt,
wobei der erste Sektor (101) und der zweite Sektor (102) in Umfangsrichtung eine unterschiedliche Erstreckung aufweisen.
15. Dampfturbine (100) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei zu jedem der Mehrzahl der Ventile (VI, V2, V3, V4) ein entsprechender Aktuator zugeordnet ist.
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