DE2712349C3 - Dampfturbinensteueranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfturbinensteueranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DE-OS 14 26 802 bekannten Art.

Bei der bekannten Dampfturbinensteueranordnung läßt sich die Turbine sequentiell über den vollen Bogen und über Teilbögen beaufschlagen. Zwischen Start und Aufnahme der Anfangslast wird die Turbine unter Beaufschlagung auf dem vollen Bogen und darauf unter Beaufschlagung auf Teilbögen gesteuert. Hierbei treten bei Laständerungen jeweils erhebliche Temperaturänderungen ein, durch die die Turbine, insbesondere ihr Läufer, während der Obergangsphasen Wärmespannungen ausgesetzt wird, die die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Turbine erheblich beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dampfturbinensteueranordnung zu schaffen, mit der sich die Entstehung von Wärmebeanspruchungen in der Turbine beseitigen oder wesentlich reduzieren läßt.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Dampfturbinensteueranordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs

1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Dampfturbinensteueranordnung lassen sich die Steuerventile im Mischbetrieb über den vollen Bogen und über einen Teilbogen mit Dampf beaufschlagen, so daß Laständerungen bei geringfügigster Änderung der Dampftemperatur möglich sind.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsge.näßen Dampfturbinensteueranordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das schematische Blockschaltbild einer Damnfturbinensteueranordnung;

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die Belastung über der Temperatur im Zustand der Vollbogenbeaufschlagung und derTeilbogenbeaufschlagung;

F i g. 3a und F i g. 3b zeigen in Diagrammen die Last über der Temperatur bzw. die Last über dem Verhältnissteuersignal beim Arbeiten mit Vollbogenbeaufschlagung und Teilbogenbeaufschlagung;

F i g. 4 zeigt vereinfacht schematisch einen Teil einer weiteren Ausführungsform entsprechend F i g. 1;

F i g. 5 zeigt in einem Diagramm die Änderung der Dampftemperatur des Dampferzeugers und die damit verbundene Änderung der Temperatur der ersten Stufe, wenn die Turbinenlast im Lauf der Zeit geändert wird;

F i g. 6 zeigt vereinfacht schematisch einen Teil einer weiteren Ausführungsform entsprechend Fig. 1.

Die Turbine umfaßt eine Hochdruckturbine 1, eine Zwischenerhitzungsturbine 2 und eine erste Doppelstrom-Niederdruckturbine 3, der in Tandemanordnung weitere Niederdruckturbinen nachgeordnet sind. Der Dampf strömt von einem Dampferzeuger 4 über ein Hauptabsperrventil 5 mit einem Bypassventil 6 und über Steuerventile 7, 8, 9 und 10, von denen jedes mit einem anderen Düsenbogen der Hochdruckturbine 1 verbunden ist. Der Dampf aus der Hochdruckturbine 1 wird im Zwischenerhitzer 11 zwischenerhitzt, strömt über nicht gezeigte Zwischenerhitzungsabsperrventile und nicht gezeigte Anzapfventile zur Zwischenerhitzungsturbine

2 und von dort über geeignete Verbindungsleitungen 14 zu den Niederdruckturbinen 3.

Die Zuführung von Dampf wird mittels einer Anzahl von Steuerventil-Servomechanismen gesteuert, die insgesamt durch den Block 15 veranschaulicht sind und die jeweiligen Ventile betätigen, was durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die Servomechanismen können elektrohydraulisch arbeiten und treiben hydraulische Hochdruckstößel ansprechend auf elektrische Signale.

Der Servomechanismus 15 wird von einer Ventilöffnungs-Steuereinrichtung 16 gesteuert, die als Ausgang ein geeignetes Ventilpositioniersignal entsprechend einem gewünschten Dampfmengenstrom erzeugt. Servomechanismus 15 und Ventilöffnungssteuereinrichtung 16 bilden zusammen eine Laststeuereinrichtung.

Die Steuerventile 7 bis 10 können in bekannter Weise

derart betätigt werden, daß der Dampf entweder gleichförmig durch alle Düsensegmente zugeführt wird, die um den Einlaß der ersten Turbinenstufe angeordnet sind, was auch als Vollbeaufschlagung bezeichnet wird. Die Steuerventile 7 bis 10 können auch thermodynamisch wirksamer so betätigt werden, daß nur ein Düsensegment zur gleichen Zeit beaufschlagt wird, was als Teilbeaufschlagung bekannt ist

Gemäß Fig.2 besteht die Temperaturdifferenz der ersten Stufe über praktisch dem gesamten Bereich der aufgetragenen Last, wobei die Differenz ein Maximum in nichtbelasteten Zustand ist und zu der gleichen Temperatur bei voller Last konvergiert. Bei voller Last besteht kein Unterschied zwischen der Vollbeaufschlagung und der Teilbeaufschlagung.

Die obere Linie 46 für die Vollbeaufschlagung in Fig.2 zeigt eine allmählich ansteigende Temperatur der ersten Stufe bei zunehmender Last. Darunter zeigen die miteinander verbundenen bogenförmigen Liniensegmente 47 für die Teilbeaufschlagung eii/e deutlichere Zunahme der Temperatur mit einer Steigerung der Last, die jedoch bei einer niedrigeren Temperatur beginnt. Die Diskontinuitäten zeigen die Stellen, an der jeweils eines der vier Steuerventile zu öffnen beginnt. Ein theoretischer Betrieb mit einer unendlichen Anzahl von Ventilen ist durch die Linie 48 veranschaulicht.

Die vertikale Linie 49 in F i g. 2 zeigt, daß an einer Stelle Fa bei Vollbeaufschlagung eine hohe Temperatur der ersten Stufe erreicht wird, während bei der gleichen Last im Punkt Fb bei Teilbeaufschlagung eine viel niedrigere Temperatur der ersten Stufe erhalten wird. Die horizontale Linie 50 von Fi g. 2 zeigt, daß in einem Punkt LL bei Vollbeaufschlagung eine kleine Last erhalten wird, während bei der gleichen Temperatur der ersten Stufe im Punkt L₁₁ bei Teilbeaufschlagung eine größere Last erhalten wird.

Wenn deshalb eine Laständerung eintritt, ändert sich die Temperatur der ersten Stufe nicht, wenn das Verhältnis zwischen der Vollbeaufschlagung und der Teilbeaufschlagung entsprechend gesteuert wird. Erfindungsgemäß wird deshalb zum Zeitpunkt einer Laständerung der Dampfstrom entsprechend der Laständerung gesteuert bzw. geregelt, während das Verhältnis zwischen der Vollbeaufschlagung und der Teilbeaufschlagung so geregelt wird, daß die Temperatur der ersten Stufe sich nicht ändert und allmählich auf die Teilbeaufschlagung übergegangen wird, die nach Erreichen eines gewünschten Lastwertes wirksamer ist. Bei einer Laststeigorung nach dem Abschluß des Übergangs auf die Teilbeaufschlagung wird der Dampfstrom bei dieser Beaufschlagung bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit gesteigert, da die Temperatur der ersten Stufe nicht länger über eine Steuerung des BeauFschlagungsverhältnisses gesteigert worden kann. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, eine Laststeuerung zu verwirklichen, die im wesentlichen frei von der Erzeugung von thermischen Spannungen bzw. Beanspruchungen ist, so daß die Notwendigkeit der Überwachung der thermischen Beanspruchung entfällt.

Im Gegensatz zu den Lehren des Standes der Technik, bei denen eine Regulierung entweder bei Vollbeaufschlagung oder ^τ?-..ι- lufschlagung erforderlich ist, wird erfindungsgemäß kontinuierlich zwischen Vollbeaufschlagung und Teilbeaufschlagung oder irgendeinem Zwischenpunkt während des Übergangsvorgangs gesteuert, um die Temperatur der ersten Stufe so einzustellen, daß das Auftreten einer thermischen Beanspruchung auf ein Minimum reduziert wird.

Während des Betriebs mit konstanter Last wird die Steuerung allmählich auf die wirksamere Teilbeaufschlagung zurückgeführt-Die verschiedenen in Fig. 1 gezeigten Funktionen können mit geeigneten Geräten ausgeführt werden, die so ausgewählt werden, daß sie die gezeigten Funktionell verwirklichen. Die Funktionen können auch als Instruktionen für einen Digitalrechner programmiert werden.

ίο Im folgenden wird die Erfindung, wie sie mittels

geeigneter Geräte durchgeführt wird, in Verbindung mit

F i g. 1 beschrieben. Anschließend wird ein Beispiel der Programmierung beschrieben.

In F i g. 1 ist eine Lastbedarfssignal-Bestimmungsein-

richtung 21 gezeigt, mit der ein Drehzahlbezugssignal Nr, ein Drehzahl-Ist-Signal Afc ein Lastbezugssignal Lr, ein Last-Ist-Signal L_Fund ein Laständerungs-Geschwindigkeitssignal γ gekoppelt ist, um ein Lastbedarfssignal Ld zu erhalten. Das Lastbedarfssignal L₁₃ steigt oder fällt mit der Änderung des Lastbezugssignals Lr von Lr\ bis L/a, was von der Größenbeziehung zwischen Lm und Lr₂ abhängt, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

= L_Ri i ;·, +

[N_R -

Wenn von der Last L_R2 erreicht wird, gilt

L₁₁ = L_R2 f I (N_R~ N_F),

wobei On der sogenannte Drehzahlregelfaktor ist, d. h., ein Faktor zur Umwandlung des Drehzahldifferenzsignals (Nr- Ni) in das entsprechende Lastbedarfssignal Ld- Bei der gezeigten Ausführungsform werden das Drehzahl-lst-Signal Ni- und das Last-Ist-Signal Lr von den jeweiligen Ausgängen eines Drehzahldetektors 22 bzw. einem Dampfdruckdetektor 23 der ersten Stufe abgezweigt. In der Einrichtung 21 befinden sich Addierer 24, 25, 26, Koeffizientenvervielfacher 28, 29 und 30, ein Funktionsgeber 31 und ein Proportional-Integrat-Regler 32. Die einzelnen Addierer empfangen ihre Eingangssignale mit den dargestellten Polaritäten. K\ in dem Koeffizientenvervielfacher 28 ist ein Koeffizient zum Umwandeln des Drucksignals in ein Lastsignal. Der Funktionsgeber 31 hat eine Integrierfunktion und spricht auf Änderungen des Lastbezugssignais an, d. h. er folgt den Änderungen des Lastbezugssignals bei einer spezifischen Laständerungsgeschwindigkeit.

Die Einrichtungen 51 und 52 dienen zum Bestimmen der Ventilöffnung. Die Einrichtung 51 bestimmt die öffnungsweite der Steuerventile 7 bis 10 bezogen auf das Lastbedarfssignal Ld bei Vollbeaufschlagung, während die Einrichtung 52 in gleicher Weise die Öffnung der Steuerventile 7 bis 10 bei Teilbeaufschlagung festlegt. Alle Steuerventile 7 bis 10 sind bei Vollbeaufschlagung gleich weit geöffnet, während sie bei Teilbeaufschlagung nacheinander bis in die volle Öffnungsstellung geöffnet werden. In diesem Fall wird die Ventilöffnung so eingestellt, daß sie sich als lineare Funktion des Lastbedarfssignals Ld ändert. Dies erfolgt durch Anordnung von Servomeehanismen, um nichtlineare Charakteristiken der Ventile zu erzielen, wie es beispielsweise in der Literaturstelle »ISA-Journal, Control Valve Requirements for Gas Flow System«, September 1956, S. 323—329, beschrieben ist. Die

Mi,

gung bei einer gegebenen Last La in Prozent

= (r_R-

T_P(L_A) = (T_R- T_n)

T₁AL_x) - T₁AL₂) T₁(L₂) - T_n(L₂)

It₁ = 1

Ventilöffnungssignal-Einstelleinrichtungen 61 und 62 korrigieren die Ventilöffnungssignale bei den jeweiligen Beaufschlagungen der jeweiligen Ventilöffnungsbestimmungseinrichtungen bei Vorhandensein von Verhältnisst^p'jerungssignalen oc und ß. ex und β sind hier Koeffizienten, die aufeinander derart bezogen sind, daß oc+ß = \, wobei vorausgesetzt ist, daß 0<a<1 und 0<j3< 1. Insbesondere handelt es sich um Faktoren, um das Verhältnis zwischen dem Dampfstrom bei Vollbeaufschlagung und dem bei Teilbeaufschlagung auf α und β ohne Änderung des dem der Turbine zugeführten Dampfstroms zu bringen. Die einstellenden Ventilöffnungssignale, die aus der jeweiligen Ventilöffnungssignal-Einstelleinrichtung 61 bzw. 62 kommen, sind mit der Ventilöffnungssteuereinrichtung 16 verbunden und werden von dort an einen Servomechanismus für jedes der Ventile 7 bis 10 als vorher festgelegtes Positioniersignal für jedes Ventil gegeben.

Eine Verhältnissteuersignal-Bestimmungseinrichtung 71 dient zum Bestimmen des Dampfstromverhältnisses zwischen den beiden Beaufschlagungen. Das Lastbezugssignal Lr, das Last-Ist-Signal Lfund das Laständerungssignal γ sowie ein Signal ε für die Temperaturänderungsgeschwindigkeit der ersten Stufe sind mit der Einrichtung 71 gekoppelt, um die Verhältnissteuersigna- 2-3 le Oi und β zu erzeugen. Anhand von F i g. 3a und F i g. 3b wird im folgenden die Bestimmung der Verhältnissteuersignale λ und β beschrieben. F i g. 3a und F i g. 3b zeigen charakteristische Diagramme für die Erläuterung der Übersetzung von « und ß, die das Beaufschlagungsverhältnis darstellen, wenn die Last an der Turbine im Betrieb sich von Li nach Li ändert

Wenn die Turbine stationär bei einer Last Li arbeitet, wird teilbeaufschlagt, da dies einen höheren Wirkungsgrad ergibt. Dieser Zustand entspricht dem Punkt A in F i g. 3a. Zu diesem 2'eitpunkt entsprechen α und ß, welche das Beaufschlagungsverhältnis darstellen, dem Punkt A 'in Fig. 3b. Dues bedeutet daß on =0 und JS, =0. ' Wenn das Lastbezugssignal Lr sich von Li nach L₂

ändert, wird der Dampfstrom derart gesteuert, daß 40 I \ = >₂ - \, .

beide Beaufschlagungen zusammen vorhanden sind, wie dies im Punkt S in F i g. 3a gezeigt ist wodurch nur die Last geändert wird, ohne daß Änderungen der Temperatur der ersten Stufe auftreten. In diesem Zeitpunkt liegen α und β im Punkt ß'von Fig.3b und haben die Werte a.2 und /?2· Danach wird nur das Beaufschlagungsverhältnis gesteuert ohne daß Laständerungen eintreten, um schließlich zur reinen Teilbeaufschlagung zurückzukehren. Dies hat zur Folge, daß sich der Betrieb in charakteristischer Weise im Punkt Cvon Fig. 3a und im Punkt Cvon Fig.4b fortsetzt Mit der /d->\

Laständerung zwischen den Punkten A und B (F i g. 3a) \ u i J_x

wird die Beaufschlagung zwischen den Punkten Λ'und B' (Fig.3b) verändert Obwohl in diesem Fall die Temperaturdifferenz der ersten Stufe zwischen den beiden Beaufschlagungsarten, wie sie durch die Linien 46 und 48 dargestellt sind, sich selbst entsprechend dem Dampfstromverhältnis zwischen den beiden Beaufschlagungsarten einstellt ist diese Beziehung praktisch linear. Setzt man oc :ß=0£ :0,5, so liegt die Temperatur der ersten Stufe genau in der Mitte zwischen den Linien 46 und 48. Die Beaufschlagungsverhältnis-Steuersignale α und β zum Zeitpunkt der Laständerung in Fig.3a werden deshalb, wie nachstehend erläutert berechnet

Da die Kennlinien 46 und 48 praktisch als gerade Linien betrachtet werden können, erhält man für die Temperaturen der ersten Stufe Tf(La) und Tp(La) in der jeweiligen Vollbeaufschlagung und Teilbeaufschla-100

100

(3)

(4)

Dabei bedeuten Tr die Temperatur der ersten Stufe bei Nennlast, 7>o die Temperatur der ersten Stufe ohne Last bei voller Beaufschlagung und Tm die Temperatur der ersten Stufe ohne Last bei Teilbeaufschlagung.

Wenn sich somit die Turbine bei der relativen Last Li im Punkt A arbeitet, erhält man die Temperatur der ersten Stufe Tp(L\) aus Gleichung (4). Unmittelbar nach der Laständerung von Li nach Li bleibt die Temperatur der ersten Stufe unverändert. In diesem Zeitpunkt haben Oi₂ und ßi, die das Verhältnis der Beaufschlagungsarten zeigen, folgende Werte:

T₁AL₂) + ^]T₁(L₂) - Tp(L₂)] = Tp(L₁)

Hier wird Li aus dem Lastbezugssignal und Li aus dem Last-Ist-Signial erhalten, so daß die Temperatur der ersten Stufe bei jeder Beaufschlagung unter jeder Last aus Gleichung (3) und (4) erhalten wird, wobei Tr, T_n und Tn verwendet werden, die in der Einrichtung jeweils als Konstante gespeichert sind.

Danach erhält man den Änderungswert von α und β für die Korrektur der Beaufschlagung von <x=äi ( = 0) nach K=Oi₂ entsprechend dem Laständerungs-Geschwindigkeitssignal γ. Das Inkrement Δοί des Verhältnissteuersignals Oi zwischen den Punkten A und B lautet:

(7)

Der Zeitraum AT, der für die Laständerung von
nach Li erforderlich ist, ergibt sich zu

L₁ - L₂

(8)

Somit erhält man für die Laständerung (aoddt)\ für das Verhältnissteuersignal λ

₂- M)- (9)

L₁ - L₂

Wenn die Steuerung mittels eines speziellen Rechners erfolgt wie dies dargestellt ist erhält man die Ausgangssignale α und β der Verhältnissteuersignal-Bestimmungseinrichtung 71 zu

¹V

-*-&),<■

(10)

(H)

wobei «1 und /?i die Verhältnissteuersignale vor dem

Beginn der Laständerung und f der Zeitraum sind, der vom Beginn der Laständerung vergangen ist. Wenn die Steueranordnung mit einem Digitalrechner versehen ist, ist die Steuerung nicht kontinuierlich, sondern wird in einem vorgegebenen Zyklus ausgeführt. In diesem Fall erhält man folgende Werte für <x und ß, wenn der Steuerzyklus mit τ bezeichnet wird

(10')

(11

Die Gleichungen (10)' und (11)' entsprechen den jeweiligen Gleichungen (10) und (11).

Das Verhältnis des Dampfstroms zwischen der Vollbeaufschlagung und der Teilbeaufschlagung wird erfindungsgemäß so gesteuert, daß eine Laststeuerung möglich ist, ohne daß Änderungen der Temperatur der ersten Stufe verursacht werden. Dies gestattet eine Turbinenlaststeuerung, ohne daß wesentliche thermische Spannungen erzeugt werden. Die Last kann also schnell verringert werden, ohne daß hierdurch wesentliche Wärmespannungen auch bei einem großen Laständerungs-Geschwindigkeitssignal entstehen.

Wenn sich die Last bei Li stabilisiert hat, werden die Verhältnissteuersignale a. und β so reguliert, daß sie vom Punkt ß'in F i g. 3b aus wieder den Punkt C'einnehmen bzw. vom Punkt B in F i g. 3a aus den Punkt C. In diesem Zeitpunkt ist es nötig, den Abschluß der Laständerung festzustellen. Dies erfolgt dadurch, daß bestimmt wird, daß die Differenz zwischen dem Lastbezugssignal Lr und dem Last-Ist-Signal Li so verringert wird, daß sie in einem vorgegebenen Bereich AL liegt. Dies wird mathematisch folgendermaßen ausgedrückt:

- Ly- < \L.

(12)

Wenn dieser Zustand eintritt, werden die Verhältnissteuersignale α und β so geändert, daß ein Übergang zur Teilbeaufschlagung beginnt. Die Verhältnissteuersignale oc und β werden derart geändert, daß das Änderungsgeschwindigkeitssignal ε für die Temperatur der ersten Stufe, das vorher dadurch eingestellt wurde, daß die am Turbinenmotor auftretende thermische Beanspruchung berücksichtigt wird, nicht überschritten wird. Die Zeit Δ T', die für den Obergang vom Punkt B zum Punkt Cerforderlich ist, ergibt sich zu

= Tp[L₁)

17- = JrI

L- ^Tr^{L-L

(13)

Somit gilt für die Änderungsgeschwindigkeit des Verhältnissteuersignals α

(14)

\dij₂ \T' Tp(LJ-Tp(L₂)

Aus den Gleichungen (10) und (11) bzw. (10)' und (H)' erhält man die Verhältnissteuersignale α und β für den

Übergang vom Punkt S zum Punkt C

UV'·

(15')

(16)

Wenn α<0, kann das Verhältnissteuersignal α auf λ = 0 und β = 1 beschränkt werden. Wenn « > 1, kann es auf «= 1 und j3 = 0 beschränkt werden. Da der Betrieb bei Teilbeaufschlagung bei einer niedrigeren Last zu einer lokalen Erhitzung der Turbine führen kann, möchte man einen Turbinenbetrieb im Bereich links von der die Punkte D und £ in F i g. 3a verbindenden gestrichelten Linie ausschließen, d. h. man möchte Verhältnissteuersignale α und β im Bereich links von der gestrichelten Linie 52, welche die Punkte D' und £' in Fig. 3b verbindet, vermeiden. Wenn ein Eindringen in diesen Bereich wahrscheinlich ist, soll das Verhältnissteuersignal Oi in der folgenden Weise beschränkt

jo werden. Bezeichnet man die Lasten im Punkt D und E mit Lu und Lu, so wird das Verhältnissteuersignal auf oii begrenzt, d. h.

ι r

(17)

wenn Lu < Lr< La ist, während eine Beschränkung auf ex. = 1 vorgenommen wird, wenn Lr < Lu- Dies heißt mit anderen Worten, daß die Verhältnissteuersignal-Bestimmungseinrichtung 71 so ausgelegt ist, daß sie auch die Grenze in der Gleichung (17) zusätzlich zu denen in den Gleichungen (10) und (11) oder in den Gleichungen (15) und (16) berechnet, so daß diese begrenzten Werte des Verhältnissteuersignals α wahlweise entsprechend den Turbinenarbeitsbedingungen vorgesehen werden.

Bei dieser Ausführungsform tritt kein spezielles Problem insoweit auf, als der Turbinenbetrieb horizontal verschoben werden kann, d.h. in der Richtung parallel zur Abszisse in Fig.3a, beispielsweise vom Punkt A zum Punkt B, wenn eine Laständerung verlangt wird. Wenn es jedoch unvermeidlich ist, einen Übergang längs der Linie 46, 48 oder 51 für eine Laständerjug auszuführen, beispielsweise wenn die Last von der Nennlast aus oder nach unten in den Bereich links von der Linie 51 reduziert oder vom Punkt C zum Punkt A erhöht werden soll, sind thermische Spannungen nicht vermeidbar. Es ist deshalb erforderlich, optimale Laständerungsgeschwindigkeitssignale y\— y„ für die einzelnen Fälle bereitzustellen und sie auszuwählen, um sie wie in F i g. 1 abzugeben entsprechend den Turbinenbetriebsbedingungen.

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 1, bei welchem eine Laständerungsgeschwindigkeitssignal-Bestimmungseinrichtung 81 vorgesehen ist, die insbesondere für diesen Zweck zusätzlich vorgesehen wird. Diese Einrichtung 81 empfängt das Lastbezugssignal Lr, das Last-Ist-Signal Lf und das Verhältnissteuersignal aus der Einrichtung 71 zum Bestimmen des Turbinenbe-

triebszustands über ihre Logikschaltung. Die Einrichtung 71 wählt eines der vorbereiteten Laständerungsgeschwindigkeitssignale y\ bis y₄, welches dem Betriebszustand entspricht. Das Laständerungssignal γ\ ist für den Ort der Temperatur der ersten Stufe in der Richtung parallel zur Abszisse von Fig.3a bei einer Laständerung, das Signal y₂ für den Ort längs der Linie 46, das Signal γι für den Ort längs der Linie 51 und das Signal γ* für den Ort längs der Linie 48 vorbereitet. Es ist natürlich möglich, die Anordnung so zu treffen, daß ein getrennt vorbereiteter Wert von außerhalb wählbar ist, wobei der y-Wert übergangen wird, der von der Logikschaltung ausgewählt wurde, um dadurch ein gewünschtes γ zu jedem Zeitpunkt bestimmen zu können.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform erläutert, die eine Steuerung aufweist, welche mit dem Dampferzeuger 4 zusammenwirkt. Bei der bisherigen Beschreibung wurde von der Annahme ausgegangen, daß die Temperatur des Dampfes, der vom Dampferzeuger 4 zugeführt wird, konstant ist. Infolge verschiedener äußerer Störungen, die den Dampferzeuger beeinflussen, treten jedoch tatsächlich Dampftemperaturschwankungen auf. Obwohl bereits verschiedene Steuereinrichtungen vorgeschlagen wurden, um den Dampferzeuger selbst zu regulieren, ergeben sich in der Praxis unvermeidbar stärkere oder geringere Schwankungen. F i g. 5 zeigt Kennlinien, aus denen dieses Problem zu ersehen ist, sowie eine präzisere Maßnahme, um dieses Problem in einer weiteren Ausführungsform zu lösen. In dem Diagramm sind auf der Abszisse die relative Last in Prozent der Nennlast der Turbine sowie die Dampftemperatur in Prozent der Nenndampftemperatur des Dampferzeugers aufgetragen, während auf der Ordinate unter der Abszisse die Zeit und über der Abszisse die Temperatur der ersten Stufe aufgetragen sind. Das Diagramm zeigt, daß eine Änderung der Turbinenlast von 60% bis 90% der Nennlast während eines Zeitraums vom Zeitpunkt ii bis zum Zeitpunkt to zu einer Änderung der Dampftemperatur des Dampferzeugers innerhalb ±5% der Nenntemperatur Tmhü führt, wie dies durch die Linie 92 veranschaulicht ist. Dadurch wird die Temperatur der ersten Stufe entsprechend der Linie 93 verändert. Die Änderung, wie sie durch die Linie 93 gegeben ist, ist jedoch unewünscht, da sich aus den Temperaturdifferenzen Wärmebeanspruchungen ergeben.

Bei Anwendung der Erfindung wird versuchsweise die Nenndampftemperatur des Dampferzeugers in diesem Fall um Tr verringert, was bei Tmso gezeigt ist, um eine Änderung der Dampftemperatur entsprechend der Linie 92' herbeizuführen, wodurch sich eine Änderung der Temperatur der ersten Stufe entsprechend der Linie 93' ergibt Das Verhältnissteuersignal n. für die Vollbeaufschlagung wird so korrigiert, daß die Temperaturverringerung auf Werte der Linie 93' kompensiert wird, so daß der geometrische Ort der Temperatur der ersten Stufe mit der Linie 48 zusammenfällt, wodurch unerwünschte Wärmebeanspruchung unterdrückt werden können. F i g. 8 zeigt das Blockschaltbild des für diesen Zweck erforderlichen wesentlichen Teils.

Der Aufbau gemäß F i g. 6 entspricht dem von F i g. 1 mit der Ausnahme, daß das Leistungsvermögen der zusätzlichen Laständerungsgeschwindigkeitssignal-Bestimmungseinrichtung 81 derart verbessert wird, daß sie einen Befehl zum korrigieren der Nenndampftemperatur bezüglich des Dampferzeugers bereitstellen kann, mit der weiteren Ausnahme, daß eine Verhältnissteuersignal-Einstelleinrichtung 72 vorgesehen wird. Als Änderung der Nenndampftemperatur wird hier ein Wert +ATr vorgesehen. Der Grund besteht darin, daß, während bei dem vorausgehenden Beispiel der Laststeigerung eine Änderung von -ATr längs der Linie 48 erforderlich wird, im entgegengesetzten Fall der Lastreduzierung längs der Linie 46 eine Änderung von +ATrnötig wird. In der Verhältnissteuersignal-Einstelleinrichtung 72 werden die Ausgangssignale oc und β der Verhältnissteuersignal-Bestimmungseinrichtung 71 mit den jeweiligen Addierern 74 und 75 für die Einstellung auf oC bzw. ß' bei Vorhandensein eines Korrektursignals Aod gekoppelt, welches aus dem Lastbedarfssignal Ld und dem Ausgangssignal Tms des nicht gezeigten Dampftemperaturdetektors berechnet wird, der am Austrittsabschnitt des Dampferzeugers vorgesehen ist. Es gelten folgende Gleichungen

I λ' = K₂

T\isi> 'm
'/·■<> ~ 'po

Die Werte Tp> und Tm entsprechen denen von F i g. 4a.

Die Erfindung kann mittels geeigneter elektronischer Geräte verwirklicht werden. Da dies ein sehr kompliziertes System erfordert, ist es weitaus besser, einen programmierten Digitalrechner zu verwenden.

Obwohl die vorausgehenden Ausführungsformen ein Kraftwerksprojekt betreffen, kann die Erfindung auch auf eine private Energieerzeugungsanlage angewendet werden, die mit einer unabhängigen Last verbunden ist. Weiterhin eignet sich die Erfindung nicht nur für Energieerzeugungsgeräte, sondern auch für Dampfturbinen für einen mechanischen Antrieb, beispielsweise für den Antrieb von Erdölleitungspumpen und Schiffe. Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vier Steuerventile verwendet wurden, ist es natürlich auch möglich, zur Durchführung der Erfindung nicht weniger als zwei Ventile zu verwenden.

Obwohl erfindungsgemäß der Druck P₁ der ersten Stufe als Turbinenlast festgestellt wird und für die weitere Verwendung umgewandelt wird, ist es auch möglich, die Turbinenlast direkt zu messen, obwohl dies leichte Abstriche bezüglich der Genauigkeit bedeutet. Da die Zeitkonstante für das Ansprechen auf die Turbinenlast vergleichsweise kurz ist, und gewöhnlich weniger als 10 Sekunden beträgt, ist es bei einer anderen Alternative möglich, die Erfindung in ausreichender Weise wirksam werden zu lassen, indem das Ausgangssignal des Funktionsgebers 31 für das Lastbedarfssignal Ld für die Berechnung nach Gleichung (18) substituiert wird. Obwohl das Unempfindlichkeitsband AL bezüglich der Differenz zwischen der Turbinenlast La und der Ziellast Lr vorgesehen ist, ist durch Steuern der Größe L eine Empfindlichkeitseinstellung über eine FA/PA-Kooperationssteuerung möglich. Durch Einstellen von 4L derart, daß es größer ist als die freie Reglerbreite, besteht keine Notwendigkeit auf ein Ansprechen auf Turbinenlastschwankungen infolge von Systemfrequenzschwankungen. Die für die Begrenzung der Beaufschlagung bei niedriger Last vorgesehene Linie 51 braucht nicht gerade zwischen den beiden Ausgangspegeln Lu und Ll 2 verlaufen, ist auch möglich, eine gekrümmte

Grenzkurve zu verwenden, wobei der Turbinenwirkungsgrad und das Ausmaß lokaler Erhitzung in Betracht gezogen wird, um die erfindungsgemäßen Wirkungen zu erreichen, ohne diese wesentlich zu ändern. Obwohl die Dampftemperaturkennlinien der ersten Stufen linear durch die Linien 46 und 48 bezüglich der Turbinenlast La angenähert sind, sind die tatsächlichen Kennlinien nicht linear, so daß dann, wenn eine

FA/PA-Kooperationssteuerung mit hoher Genauigkeit erforderlich ist, die nichi linearen Kennlinien anstelle der Gleichungen (5) und (6) verwendet werden können. Bei der Logikbestimmungsfunktion zum wahlweisen Einstellen der Laständerungsgeschwindigkeit ist es erforderlich, daß man die Beaufschlagungsbestimmung für den geometrischen Ort erhält, dem die Dampftemperatur der ersten Stufe folgt.

iLMVii 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dampfturbinensteueranordnung mit einer Turbine und mehreren Ventilen für die Dampfbeaufschlagung der ersten Turbinenstufe über im Bogen angeordnete Düsen, mit Einrichtungen (21) zum Bestimmen des Lastbedarfssignals (Ld) entsprechend dem Drehzahlbezugssignal (Nr), dem Drehzahl-Ist-Signal (Nfi, dem Lastbezugssignal (Lr) und dem Last-Ist-Signal (Lp), mit Einrichtungen (51) zum Bestimmen des ersten Ventilöffnungssignals bei Beaufschlagung über den vollen Bogen entsprechend dem Lastbedarfssignal (Ld), mit Einrichtungen (52) zum Bestimmen des zweiten Ventilöffnungssignals bei Beaufschlagung auf einem Teilbogen entsprechend dem Lastbedarfssignal (Ld) und mit einer Laststeuereinrichtung (IS, 16) zum Positionieren der Ventile (7 10) derart, daß ein gewünschter

Gesamtdampfstrom der Turbine entsprechend den eingestellten Ventilöffnungssignalen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (21) zum Bestimmen des Lastbedarfssignals (Ld) ferner auf ein Laständerungs-Geschwindigkeitssignal (γ) ansprechen, sowie ferner durch Einrichtungen (71) zum Bestimmen eines ersten und zweiten Verhältnissteuersignals (α, β) zwischen dem Dampfstrom bei Vollbeaufschlagung und dem Dampfstrom bei Teilbeaufschlagung entsprechend dem Lastbezugssignal (Lr), dem Last-Ist-Signal (Li), dem Laständerungsgeschwindigkeitssignal {γ) und dem Änderungsgeschwindigkeitssignal (ε) der Temperatur der ersten Stufe, durch Einrichtungen (61) zum Einstellen des ersten Ventilöffnungssignals entsprechend dem ersten Verhältnissteuersignal, und durch Einrichtungen (62) zum Einstellen des zweiten Ventilöffnungssignals entsprechend dem zweiten Verhältnissteuersignal (F i g. 1).

2. Dampfturbinensteueranordnung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verhältnissteuersignal (j3) bei einer vorgegebenen niedrigen Temperaturlast begrenzt ist.

3. Dampfturbinensteueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (81) zum Bestimmen des Laständerungs-Geschwindigkeits- -ei signals (γ) entsprechend der Laständerungsart der Turbine(Fig. 5,8).

4. Dampfturbinensteueranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen (81) zum Einstellen der Nenndampftemperatur (Tmso) eines Dampferzeugers, der Dampf für die Turbine liefert (F ig. 8).