DE2417666A1

DE2417666A1 - Regulierventilaggregat eines hydraulischen servoantriebs fuer das hauptregulierventil einer turbine

Info

Publication number: DE2417666A1
Application number: DE19742417666
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Hedstroem; Carsten Dipl Ing Olesen; Tyge Vind
Original assignee: Stal Laval Turbin AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1973-04-24
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1975-01-30
Also published as: JPS5012403A; SE372054B; DE2417666B2; GB1460944A

Description

Regulierventilaggregat eines hydraulischen Servoantriebs für das Hauptregulierventil einsr Turbine.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regulierventilaggregat eines hydraulischen Servoantriebes für das Hauptregulierventil einer Turbine, welches den Fluß zu und von dem Servoantrieb zum Öffnen bzw. Schließen des Hauptregulierventils steuert.

Beim Betrieb einer Turbine, beispielsweise einer Dampfturbine, vorzugsweise zur Stromerzeugung, werden an die Regulierung der Turbine hohe Anforderungen gestellt, insbesondere hinsichtlich der Drehzahl der Turbine bei variierender Belastung. Das für diese Regulierung zur Verfügung stehende Verstellorgan ist in erster Linie das Hauptregulierventil der Turbine, über welches der Dampf zur Turbine geleitet wird.

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Diese Regelung muß Rücksicht auf alle vorkommenden Betriebsbedingungen nehmen, also sowohl auf normale, langsamere Belastungsänderungen, wie auch auf plötzlich auftretende Veränderungen in Form eines Lastausfalles, Netzkurzschlüssen oder Leitungsbrüchen.

Um diesen vielseitigen Ansprüchen an das Hauptregulierventil, das bei größeren Turbinen beachtliche Abmessungen hat, gerecht zu werden, dient zur Verstellung dieses Ventils ein hydraulischer Servoantrieb, der beispielsweise aus einem Kolben und einem hydraulischen Zylinder zum Öffnen des Regulierventils besteht, während das Schließen des Regulierventils durch eine kräftige mechanische Feder erfolgt, wenn die Druckflüssigkeit des Servoantriebes abgelassen wird.

Die Steuerung des Servoantriebes erfolgt mittels eines Regulierventilaggregates, durch welches der Servoantrieb beim Öffnen des Hauptregulierventils an eine hydraulische Speisequelle und beim Schließen des Regulierventils an einen Ablauf geschlossen wird.

Dieses Regulierventilaggregat wird von einem Regelsystem der Turbine gesteuert, welches für normale Betriebsverhältnisse einen Turbinenregulator für Normalbetrieb sowie Anlauf und Stillsetzen umfasst, während parallel hierzu ein Auslösesystem zum Schnellschließen des Hauptregulierventils im Katastrophen-

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fall oder bei ernsthaften Fehlern, wie Leitungsbrüchen, vorhanden ist.

Während normale Öffnungs- und Schließvorgänge am Hauptregulierventil unter Beachtung großer Genauigkeit eine Betätigungzeit von mehreren Sekunden erfordern, muß ein Schnellschließen innerhalb etwa von 0,1 sek. oder weniger erfolgen. Um mit ein und demselben Regulierventilaggregat diese verschiedenen Forderungen zu erfüllen, ist es bekannt, mehrere Regulierstufen hintereinander mit dazwischenliegenden hydraulischen Verstärkerstufen anzuordnen. Diese Anordnung ist teuer und kompliziert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regulierventilaggregat der eingangs genannten Art zu entwickeln, das sowohl für den Normalbetrieb wie für Schnellschließgänge geeignet ist, dessen Aufbau jedoch relativ einfach ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Regulierventilaggregat der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß-das Regulierventilaggregat ein erstes Regulierventil hat, welches mit seiner einen Seite über zwei Eingänge an eine Speisequelle und einen Ablauf für den Servoantrieb angeschlossen ist und auf der anderen Seite an den Servoantrieb angeschlossen ist und von einem Regelsystem

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im Normalbetrieb und beim Anfahren und Stillsetzen steuerbar ist, und daß das Regelventilaggregat ein zweites Ventil (Auslöseventil) zum Schnellschließen des Hauptregulierventils hat, welches zwischen dem Servoantrieb und einem Ablauf für den Servoantrieb eingeschaltet ist und von einem besonderen Schnellschließsignal steuerbar ist. Durch diese Aufteilung des Ventilaggregates in verschiedene Teile für die verschiedenen FunktioKen kann jeder Teil seiner speziellen Funktion angepasst werden, was eine Vereinfachung und Verbesserung der einzelnen Teile ermöglicht.

Die Ventilanordnung für Normalbetrieb kann bei der Erfindung aus einem Zwei-Wege-Ventil bestehen, welches von einem analogen Signal vom Turbinenregelsystem gesteuert wird und auf der einen Seite anyQen Servoantrieb und auf der anderen Seite über zwei Eingänge an die Speisequelle und den Ablauf für den Servoantrieb angescHossen ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung dienen für den Normalbetrieb zwei Ventile, von denen das eine zwischen den Servoantrieb und der Speisequelle eingeschaltet ist und zum öffnen des Hauptregulierventils dient und das andere zwischen dem Servoantrieb und dem Ablauf eingeschaltet ist und zum Schließen des Hauptregulierventils dient. Versieht man diese Ventile mit hinreichend kleinen Durchtrittsquerschnitten, so können sie durch digitale Signale vom Turbinenregelsystem gesteuert werden, was große

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Vorteile bei der Ausführung des gesamten Systems mitsichbringt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Turbinenanlage mit zugehörigem Regelsystem, Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen des Regulierventilaggregates gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Dampfkessel 1, der eine Turbine 2 über ein Regulierventil 3 speist. Die Turbine treibt einen Generator 4, der an ein Wechselstromnetz 5. angeschlossen ist. Ferner ist die Turbine mit einem Tachometergenerator 6 gekoppelt, der eventuell durch einen nicht gezeigten Frequenzmesser für das Netz 5 oder den Generator 4 ersetzt werden kann.

Das Regulierventil 3 wird von einem Servoantrieb 7 geöffnet, der aus einem Kolben in einem Druckzylinder besteht, während das Schließen automatisch mittels einer kräftigen Feder geschieht, wenn der Druck im Servoantrieb vermindert wird, Der Servoantrieb wird von einer Speisequelle gespeist, die aus einer hydraulischen Pumpe und ein zwischengeschaltetes Regulierventilaggregat 9

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gemäß der Erfindung besteht. Dieses wird unten anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert. Das Ventilaggregat wiederum wird vom Regelsystem 10 der Turbine gesteuert, welches beispielsweise an einen Leistungsmesser 11 des Netzes 5 und einen Druckmesser in der Hauptdampfleitung angschlossen ist. Das Regelsystem umfaßt teils Steuerkreise und zugehörige Signalgeber für Normalbetrieb, teils Sicherheits- und Alarmkreise zum Auslösen und Schnellschließen des Hauptregulierventils 3 im Katastrophenfall; da diese Kreise jedoch nicht von der Erfindung berührt werden, sollen sie hier nicht näher beschrieben werden.

Fig. 2 zeigt das federbelastete Hauptregulierventil 3 mit seinem Servoantrieb 7 in Gestalt eines Kolbens in einem hydraulischen Zylinder, der von der Pumpe über das Regulierventilaggregat 9 gespeist wird. Das Regulierventilaggregat 9 besteht aus einem ersten hydraulischen Regulierventil 13 und einem Auslöseventil 14 zum Schnellschließen des Hauptregulierventils 3. Durch das Regelsystem 10 wird das Regulierventil 13 in der Weise gesteuert, daß ein Signal an seinm linken Ende die Verbindung zwischen der Pumpe 8 und dem Servoantrieb 7 herstellt, wobei der Kolben des Servoantriebes 7 nachfcben ge-

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drückt und das Hauptregulierventil 3 geöffnet wird. Das Schließen des Hauptregulierventils 3 wird durch ein Signal am rechten Ende des Regulierventils 13 ausgelöst, durch welches, der Servoantrieb 7 mit dem Ablauf 17 verbunden wird. Dadurch fällt der Druck im Servoantrieb, und das Hauptregulierventil 3 wird durch die mechanische Feder in die geschlossene Stellung gedrückt.

Das Schnellschließen des Hauptregulierventils 3 erfolgt durch ein Signal an das Auslöseventil 14, welches dabei geöffnet wird und den Servoantrieb 7 mit dem Ablauf 18 verbindet.

Verglichen mit dem Regulierventil 13 ist das Auslöseventil 14 einerseits als schnellwirkendes Ventil mit einem sehr kräftigen Steuerorgan ausgebildet und andererseits mit einer großen Durchlauföffnung ausgerüstet, um ein schnelles Absinken des Druckes im Servoantrieb 7 und damit ein schnelles Schließen des Hauptregulierventils 3 zu erreichen. Wie bereits erwähnt, beträgt die Betätigungszeit für das Hauptregulierventil 3 bei Betätigung durch das Regulierventil 13 bis zu mehreren Sekunden, während das Schnellschließen des Ventils 3 durch das Auslöseventil 14

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nur ca«, 0,1 sek. oder weniger betragen soll.

Das Auslöseventil 14 wird über ein Oder-Glied 15 mit zwei Eingängen gesteuert, von denen der in der Figur obere an ein nid± näher ausgeführtes Sicherheits- und Alarmsystem 25 angeschlossen ist, welches im Falle eines totalen Lastausfalles an der Turbine, eines Leitungsbruches oder einer anderen Notsituation, die ernsthafte Gefahren für Menschen oder Material verursachen kann, ein Öffnungssignal an das Auslöseventil leitet.

GemäS Figur 2 ist das Regelsystem 10 vorzugsweise so ausgebildet, daß es analoge Steuersignale an das Regulierventil 13 gibty dessen Betätigungszeit von der Größe der Signale abhängt. Dabei kann das irom Regelsystem 10 an das rechte Ende des Regulierventils gegebene Schließsignal über ein Schwellwertglied 16 analen unteren Eingang des Oder-Gliedes 15 angeschlossen werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein größeres Signal vom Regelsystem 10, also ein den Schwellwert m überschreitendes Signal, über das Schwellwertglied 16, das Auslöseventil 14 erreicht, so daß dieses die Schließbetätigung d3s Regulierventils 13 unterstützt. Dies ist beispielsweise von Bedeutung fcei größeren partiellen

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Lastausfällen im Netz 5, wobei das Regulierventil 3 schnell, jedoch vorübergehend geschlossen wird, d.h. solange, bis das Signal vom Regelsystem 10 unter den Schwellwert m des Schwellwertgliedes 16 sinkt, wodurch das Auslöseventil 14 geschlossen wird und das Regulierventil 13 die Steuerung allein übernimmt.

In den Fig. 3 und 4 ist das Regulierventil 13 in zwei getrennte Ventile 19 und 20 aufgeteilt, sodaß der Servoantrieb 7 über das erste Ventil 19 an die Pumpe 8 und über das zweite Ventil 20 an den Ablauf 17 angeschlossen ist. In Fig. 3 ist vor den Ventilen 19 und 20 symbolisch je eine Drossel 21 und 22 angedeutet, was in der praktischen Ausführung dadurch erreicht werden kann, daß die Ventile 19 und 20 mit engen Durchläufen versehen sind. Der Vorteil zweier Ventile 19 und 20 mit engen Durchläufen besteht darin, daß das Regelsystem 10 mit digitalen Steuersignalen arbeiten kann, was bei der heutigen Regelungstechnik oft von Vorteil ist. Eine Voraussetzung hierfür ist jedoch die der Erfindung zugrundeliegende Idee, die Schnellschließfunktion von der normalen Betätigungsfunktion durch das Auslöseventil 14 zu trennen, wodurch die Ventile 13, 19 und ausschließlich mit Rücksicht auf die Regelung gestaltet werden können·

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Durch die digitalen Signale vom Regelsystem 10 werden die Ventile 19 und 20 für kurze Zeitabschnitte abwechselnd voll geöffnet und ganz geschlossen. Die Betätigungsgeschwindigkeit des Hauptregulierventils 3 hängt dabei von der Länge der Signalimpulie des Regelsystems 10 ab.

In Fig. 4 sind die Ventile mit zusätzlichen Konstantflußventilen 23 und 24 in Reihe geschaltet. Dadurch ist es möglich, die Flußmenge in den Ventilen 19 und 20 im Verhältnis zu den Signalimpulsen vom Regelsystem genau vorauszuberechnen und so eine korrekte Vorausdimensionierung und Justierung des ganzen Regelsystems zu erleichtern.

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Claims

Patentansprüche

Η. Regulierventilaggregat eines hydraulischen Servoantriebes für das Hauptregulierventil einer Turbine, welches den Fluß zu und von dem Servoantrieb zum Öffnen bzw· Schließen des Hauptregulierventils steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Hegulierventilaggregat (9) ein erstes Regulierventil (13) hat, welches mit seiner einen Seite über zwei Eingänge an eine Speisequelle (8) und einen Ablauf (17) für den Servoantrieb (7) angeschlossen ist und auf der anderen Seite an den Servoantrieb angeschlossen ist und von einem Regelsystem (10) im Normalbetrieb und beim Anfahren und Stillsetzen steuerbar ist, und daß das Regelventilaggregat (9) ein zweites Ventil (14) (Auslöseventil) zum Schnellschließen des Hauptregulierventils (3) hat, welches zwischen dem Servoantrieb (7) und einem Ablauf (ß) für den Servoantrieb eingeschaltet ist und von einem besonderen Schnellschließsignal steierbar ist·

2. Regulierventilaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulierventil (13) ein Zwei-Wege-Ventil ist, welches von einem analogen Signal des Regelsystems (10) gesteuert wird.

3β Regulierventilaggregat nach Anspruch i, Äadurch gekennzeichnet, daß das Regulierventil (13) aus zwei Ventilen (19) tind (20) besteht, die zwischen dem Servoantrieb (7) und der Speisequelle (8) bzw. dem Ablauf (17) eingschaltet sind und

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die mittels digitaler Signale vom Regelsystem (10) gesteuert werden.

4. Regulierventilaggregat nach■Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der beiden Ventile

der
(19) und (20) bzw./mit den beiden Ventilen in Reihe geschaltete Drosseln (21) (22) in Abhängigkeit der zeitlichen Länge der digitalen Signale des Regelsystems (10) so klein gewählt ist, daß die Geschwindigkeit für das Öffnen und Schließen des Hauptregulierventils (3) auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.

5. Regulierventilaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (19) und (20) als Konstantstromventile ausgebildet sind.

6. Regulierventilaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (14) (Auslöseventil) mit einem zusätzlichen Eingang für die Steuerung durch das Regelsystem (10) versehen ist, über welchen das Auslöseventil (14) dann beeinflusst wird, wenn das Schließsignal des Regelsystems (10) einen bestimmten Wert, beispielsweise aufgrund eines Lastausfalles an der Turbine (2), übersteigt.

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