DE2833277A1 - Die rotorspannung vorherbestimmendes turbinensteuersystem - Google Patents

Description

Die Rotorspannung vorherbestimmendes Turbinensteuersystem
Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem zum Steuern bzw. Einstellen des Betriebs einer Dampfturbine und insbesondere ein Dampfturbinensteuersystem, welches den Turbinenanlauf und
Turbinenlaständerungen in einer minimalen Zeit erlaubt, ohne daß die in der Turbine erzeugte thermische Spannung bzw. Beanspruchung eine vorgegebene Grenze überschreitet.

Bekanntlich ergibt sich in einer Dampfturbine eine große Wärmespannung, insbesondere an dem Teil des Rotors, der der
Labyrinthdichtung hinter der ersten Stufe' gegenüberliegt,
wenn die Dampfturbine anläuft oder einer Laständerung unterworfen wird. Je größer die Änderung der Drehzahl oder der
Last wird, desto stärker wächst die Wärmespannung an. Vom
Gesichtspunkt des sicheren Betriebs der Turbine sind deshalb ein schneller Anlauf und eine plötzliche Laständerung streng verboten.

Inzwischen wurde ein neues Verfahren zur Turbinensteuerung
vorgeschlagen und in der Praxis ausgeführt. Nach diesem Verfahren erfolgen der Anlauf und die Laständerung der Turbine
mit einer Geschwindigkeit, die so groß wie möglich ist, aber niemals eine Wärmespannung herbeiführt, die eine vorgegebene Grenze überschreitet, die sowohl für den wiederholten Anlauf als auch für Laständerungen unter Berücksichtigung des
Ermüdungswertes der Turbine festgelegt ist. Ein praktisches Beispiel dieses Verfahrens ist aus der US-PS
3 588 265 bekannt, die ein System und ein Verfahren für
einen Dampfturbinenbetrieb mit verbesserter Dynamik beschreibt. Dieses bekannte Verfahren ist, obwohl sich der genannte Zweck ziemlich gut damit erreichen läßt, leider nur
bei solchen Turbinen verwendbar, die eine Impuls- bzw.

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Gleichdruckkammer haben, da das Verfahren auf einer Messung der Temperatur in der Gleichdruckkammer als Parameter für die Turbinensteuerung beruht. Somit kann dieses Verfahren für die Steuerung von Turbinen, die keine Gleichdruckkammer haben, nicht direkt angewendet werden. Bei dem bekannten Verfahren wird die Temperatur in der Gleichdruckkammer als der Parameter oder repräsentativ für die Temperatur an der Stelle stromab oder hinter der ersten Stufe gemessen, an welcher die Wärmespannung sehr stark ist und deshalb genau beobachtet werden muß.

Für eine optimale Steuerung einer Dampfturbine ohne Gleichdruckkammer ist es deshalb erforderlich, eine von zwei Alternativen Maßnahmen zu wählen, nämlich den Dampfzustand an der Stelle hinter der ersten Stufe direkt zu messen oder diesen Zustand aus Daten zu berechnen bzw. zu schätzen, die außerhalb der Turbine zur Verfügung stehen. Die erstgenannte direkte Messung ist in der Praxis nicht ausführbar. Somit muß die Turbinensteuerung auf die zweite Maßnahme, d. h. auf eine Berechnung bzw. Schätzung, abgestellt werden. Bei der Turbinensteuerung, die auf dieser Vorausberechnung beruht, sind die folgenden Erfordernisse unerläßlich:

Erstens ist es wesentlich, eine Berechnung der Wärmespannung mit hoher Genauigkeit aufzustellen. Diese hohe Genauigkeit der Berechnung der Wärmespannung ist bei allen Zuständen des Turbinenbetriebs, einschließlich des unbelasteten Laufes, des Laufes unter Last, dem Herstellen des synchronen parallelen Laufes usw., erforderlich.

Zweitens muß die Turbinensteuerung in der Lage sein, die Turbine sicher und ohne Störung anlaufen zu lassen. Für diesen Zweck muß das Dampfregulierventil am Turbinendampfeinlaß auf die Bestätigung hin gesteuert werden, daß nicht nur die augenblickliche Wärmespannung, sondern auch die zukünftige Wärmespannung die vorher gezogene Grenze nicht überschreitet, da die Wärmespannung mit einer bestimmten

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zeitlichen Verzögerung nach der Änderung des Dampfbeschickungszustandes der Turbine in Erscheinung tritt. Gleichzeitig muß der Dampfzustand auf den sicheren Bereich ohne Verzögerung entspannt werden, wenn die Wärmespannung die Grenze überschreitet oder ein anderer außergewöhnlicher Zustand ermittelt oder erwartet wird.

Drittens muß die Arithmetik oder Berechnung der Schätzung der Wärmespannung oder anderer Ziele mittels digitaler Signale durchgeführt werden, ohne daß ein unrentabel großer Rechner erforderlich ist. Schließlich muß das Turbinensteuersystem die Turbinensteuerung in einem geeigneten Zeitraum ausführen.

Andere verbesserte Turbinensteuersysteme sind ein von der Rotorspannung gesteuertes Anlaufsystem gemäß der US-PS 3 446 224 und ein System und ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit einer Digitalrechnersteuerung, die eine verbesserte automatische Anlaufsteuerung hat, gemäß der US-PS 3 959 635. Bei diesen Systemen sind jedoch die o. g. Probleme mehr oder weniger nicht gelöst.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Turbinensteuersystem zu schaffen, welches eine Schätzung der inneren Wärmespannung der Turbine mit hoher Genauigkeit bei allen Betriebszuständen der Turbine nur aufgrund der Daten ermöglicht, die außerhalb der Turbine zur Verfügung stehen. Das Steuersystem soll einen Anlauf der Turbine und eine Laständerung der Turbine in jedem Fall sicher und ohne Störung ermöglichen, außerdem soll es sich mit einem Kleincomputer verwirklichen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die innere Spannung, die in der Turbine tatsächlich vorhanden ist,· bei jedem Steuerzyklus beobachtet. Gleichzeitig erfolgt eine Vorausschätzung der zukünftigen Spannung bei allen

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n-Steuerzyklen. Die Vorausschätzung der zukünftigen Wärmespannugn wird jeweils einzeln für eine Vielzahl von erwarteten Änderungen der Last oder der Turbinendrehzahl über einen gegebenen vorausgeschätzten Zeitraum ausgeführt, so daß die Turbine mit einer maximal zulässigen Last- oder Drehzahländerung betrieben werden kann, ohne daß eine Wärmespannung auftritt, welche eine Grenze o- überschreitet.

Die Erfindung besteht somit darin, daß die vorhandene Spannung im Turbinenrotor bei einer bestimmten Steuerperiode aus der Dampftemperatur und aus dem Dampfdruck am Turbineneinlaß berechnet wird. Zusätzlich wird die zukünftige Turbineneinlaßdampftemperatur oder der zukünftige Turbineneinlaßdampfdruck einmal für jeden der n^-Steuerzyklen für eine gegebene Drehzahländerung oder Laständerung vorausberechnet, wobei die Daten verwendet werden, welche die Änderung der Turbinendampfeinlaßteraperatur und des Turbinendampfeinlaßdrucks in Beziehung zu der Änderung der Geschwindigkeit oder der Last betreffen, die aus dem Wissen des vergangenen Turbinenbetriebszzstandes erreicht worden ist. Diese zukünftige Dampftemperatür oder dieser zukünftige Dampfdruck am Turbineneinlaß wird als Faktor für die Vor ausberechnung der zukünftigen Spannung verwendet, die am Turbinenrotor zu erwarten ist. Die Vorherbestimmung der Rotorspannung erfolgt für eine Vielzahl angenommener Drehzahl änderungen oder Laständerungen. Die Turbine wird mit dem maximalen Drehzahlanstieg oder mit der maximalen Laständerung gesteuert, die gerade nicht dazu führt, daß die zukünftige Spannung, die für eine gegebene Vorausbestimmungszeit vorausberechnet worden ist, eine Grenzspannung überschreitet. Die vorhandene Spannung wird bei jeder Steuerberiode beobachtet, um zu prüfen, ob die Grenzspannung durch die vorhandene Spannung nicht überschritten wird.

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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 verschiedene Signale, die zwischen einem die Wärmespannung vorausberechnenden Turbinensteuersystem, einer von dem System gesteuerten Turbine und einer der Turbine zugeordneten Steuervorrichtung ausgetauscht werden \

Fig. 2 schematisch das Signalverarbeitungsverfahren, das in dem Steuersystem ausgeführt wird,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Turbinenrotor und das zugehörige Turbinengehäuse in einer Ebene, die einen Punkt unmittelbar hinter der ersten Stufe der Turbine mit umfaßt, wobei die Temperaturverteilung über dem Querschnitt gezeigt ist,

Fig. 4 die Bestimmung der Anfangstemperaturverteilung über dem Rotor,

Fig. 5 die Bestimmung der Grenze der inneren Spannung, bezogen auf die Rotorfläche und die Bohrung,

Fig. 6 die Beziehung zwischen der dynamischen Eigenschaft der Dampf temperatur T_Kto, Τ_Ώυ am Turbineneinlaß und die

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sich ergebende Wärmespannung, die unmittelbar nach dem Einstellen des von der Turbine getriebenen Synchrongenerators auf den synchronen Parallellauf beobachtet wird,

Fig. 7 die Eigenschaften zum Bestimmen der Vorausberech.-.· nungszeit, ehe der Synchrongenerator in den parallelen synchronen Lauf gebracht wird,

Fig. 8 die Änderung der Vorherbestimmungszeit zum Zeitpunkt des Turbinenanlaufs,

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Fig. 9 den Lärmvorgang der Dampfzustandsänderung,

Fig. 1o den VorausbestimmungsVorgang des Dappfzustandes an einer Stelle in der Turbine unmittelbar hinter der ersten Stufe,

Fig. 11 den Berechnungsvorgang des Wärmeübergangskoeffizienten K an der einer Labyrinthdichtung gegenüberliegenden Rotoroberfläche,

Fig. 12 das Konzept der Wärmebilanz zwischen den Ringabschnitten eines imaginären Zylinders,

Fig. 13 einen praktischen Vorgang der Temperaturverteilung über dem Rotor/

Fig. 14 die untere Grenze der Hauptdampftemperatur zum Zweck der Lastbegrenzung,

Fig. 15 die untere Grenze der Hauptdampftemperatur des wiedererhitzten Dampfes zum Zweck der Lastbegrenzung,

Fig. 16 eine Korrektur der Änderung der Lärmgeschwindigkeit mittels eines Tastsignals,

Fig. 17 die Änderung der Bestimmung des Tastsignals und

Fig. 18 den Vorgang der Bestimmung der Betriebsperiode des Steuersystems.

In Fig. 1 sind verschiedene Signale gezeigt, die zwischen dem die Wärmespannung vorherbestimmenden Turbinensteuersystem 1oo gemäß der Erfindung, welches einen Digitalrechner aufweist, und einer Anlage und einer zugeordneten Steuervorrichtung ausgetauscht werden, die von dem Steuer-

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system 1oo gesteuert werden. Die Anlage hat eine Hochdruckturbine 2oo, eine Zwischendruckturbine 3oo und eine Niederdruckturbine 4oo, die einen Synchrongenerator 5oo antrieben, der auf der gleichen Welle wie diesen Turbinen angeordnet ist.

Als Arbeitsf luid wird Dampf mit hohem Druck nnd hoher Temperatur der Hochdruckturbine 2oo von einem nicht gezeigten Kessel über ein Dampfrohr 2o zugeführt. Gleichzeitig wird die Zwischendruckturbine mit einem Arbeitsfluid in Form von Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur über ein Dampfrohr 21 beschickt.

Das Arbeitsfluid expandiert bekanntlich, während es durch die Turbinen hindurchströmt, wodurch auf die Turbine ein treibendes Moment ausgeübt wird. Wenn Dampf durch die Tür-' bine strömt, stellt sich eine Temperaturverteilung oder ein Temperaturgradient in Radialrichtung des Rotors infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsfluid, d. h. dem Dampf, "und der Rotoroberfläche ein, wodurch Wärmespannungen verursacht werden.

Diese Wärmespannung ist besonders stark an dem Abschnitt· 1 des Hochdruckturbinenrotors, der der Labyrinthdichtung unmittelbar hinter der ersten Stufe der Hochdruckturbine 2oo gegenüberliegt, und an der Stelle 2 des Zwischendruckturbinenrotors, der der Labyrinthdichtung unmittelbar hinter der ersten Stufe der Zwischendruckturbine 3oo gegenüberliegt. Diese Abschnitte der Rotoren v/eisen radiale .Temperaturverteilungen mit steilen Gradienten auf, so daß große Wärmespannungen in den Oberflächen und Bohrungen 3 der jeweiligen Rotoren hervorgerufen werden.

Das die Wärmespannung vorherbestimmende Turbinensteuersystem 1oo gemäß der Erfindung gibt die Drehzahlsteigerung

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oder die Drehzahlverzögerung der Turbine und die Laständerung, die den Anlauf oder die Laständerung in der auf ein Minimum reduzierten Zeit ergeben wurden, wobei die Wärmespannung in diesem Metallabschnitt der Turbine so beschränkt wird, daß sie das Niveau einer vorgegebenen Grenze nicht überschreitet.

Das Turbinensteuersystem 1oo verwendet die folgenden Daten als Steuereingänge, um die vorstehend genannte Funktion zu erreichen. Diese Daten sind die Temperaturen T.,_o, Τ_ΏΧΙ des

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der Turbine zugeführten Dampfes, der Druck P _q des gleichen Dampfes, die Temperaturen T_HCIr ^T _HC0' ^Tico' ^TICI ^{der Me}~ tallteile der Turbine, der Dampfdruck P„ an der Stelle unmittelbar hinter der ersten Stufe der Hochdruckturbine, das Operationssignal CB des Trennschalters, die Drehzahl N des Turbinenrotors und ein Befehllastsignal bzw. ein Sollwertlastsignal L_n.

Die Hauptfunktion des Steuersystems 1oo gemäß der Erfindung besteht darin, die maximal zulässige Drehzahlsteigerung 4 oder die maximal zulässige Laständerung 6 zu bestimmen, die nicht dazu führt, daß die innere Wärmespannung die vorgegebene Grenze im Zeitpunkt des Anlaufes oder einer Laständerung der Turbine überschreitet, und die Werte einem Regler 1o oder einem automatischen Lastregler 7 als Sollwerte zuführt.

Das Signal P„_T des Dampfdrucks hinter der ersten Stufe wird zu dem automatischen Lastregler 7 als Signal für die Turbinenabgabeleistung rückgekoppelt. Der automatische Lastregler 7 gibt seinerseits eine Momentanbefehlslast 9 zum Regler 1o, zu welchem das Drehzahlsignal N rückgekoppelt ist. Der Regler gibt schließlich eine Ventilpositionsinstruktion zu einer Betätigungseinrichtung 12 zum Steuern des öffnens eines Dampfhauptregulierventils 11.

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Das Steuersystem 1oo gemäß der Erfindung beurteilt unter Berücksichtigung der Wärmespannung, ob die Turbine in den Lastbetrieb gehen kann. Somit gibt das Steuersystem 1oo bei der Beurteilung, daß die Turbine sicher belastet werden kann, eine Belastungserlaubnis 15 zu einer Belastungseinrichtung 14, die den Synchrongenerator in den synchronen parallelen Lastbetrieb schaltet.

Erfindungsgemäß soll ein schneller Anlauf und eine sofortige Lastnachfolge der Turbine durch den im folgenden näher erläuterten Vorgang auf der Basis der Wärmeübergangseigenschaf ten der Abschnitte 1 und 2 des Rotors, die den Labyrinthdichtungen gegenüberliegen, und eine Vorausberechnung der an dem Rotor erwarteten Wärmespannung erreicht: v/erden.

Ehe auf die praktische Ausführung näher eingegangen wird, soll zunächst die generelle Idee der Erfindung anhand von Fig. 2 erläutert werden, woran sich dann die Beschreibung der einzelnen Geräte anschließt.

Fig. 2 zeigt schematisch den Prozeßverlauf des die Wärmespannung vorherberechnenden Turbinensteuersystems 1oo. Zunächst wird die Anfangstemperatur durch ein die Anfangstemperaturverteilung bestimmendes Gerät 1o1 festgelegt. Das Gerät 1o1 berechnet die Temperaturverteilung über den Turbinenrotoren aus den tatsächlich gemessenen Temperaturen der Abschnitte der Turbinen, welche eine im wesentlichen gleiche Wandstärke für die Metalle der jeweiligen Rotoren haben und welche gleiche Temperaturverteilungen für die Metalle der jeweiligen Rotoren aufweisen. Somit v/erden die tatsächlich gemessenen Temperaturen T _,_T/ T„ ■ an der Innenfläche und Außenfläche des Gehäuses hinter der ersten Stufe dazu verwendet, die Temperaturverteilung des Hochdruckturbinenrotors zu berechnen, während die tatsächlich gemessenen Temperaturen T _CQ, T __ der äußeren

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Wand und der inneren Wand als Daten zum Berechnen des Zwischendruckturbinenrotors benutzt werden.

Zum Bestimmen einer Spannungsgrenze 6~1 , die durch den zulässigen Ermüdungswert des Rotors entsprechend jeder der verschiedenen Anlaufarten definiert ist, beispielsweise Anlauf aus dem sehr heißen Zustand, Anlauf aus dem heißen Zustand, Anlauf aus dem warmen Zustand, Anlauf aus dem kalten Zustand der Turbine usw., ist ein die Spannungsgrenze bestimmendes Gerät 1o2 vorgesehen. Eine besonders strenge Spannungsgrenze 61 wird bei der Anfangsperiode des Anlaufs, wie dies noch näher erläutert wird, gezogen, um einen möglichen Fehler der Berechnung der Anfangstemperaturvertexlung zu kompensieren, wenn die Turbine schnell wieder anläuft oder wenn der Rechner momentan in eine On-line-Steuerung gebracht wird, um die Computersteuerung von der Hälfte der Turbinensteuerung an einzuschalten.

Zum Bestimmen der Länge der Zeit beginnend vom vorliegenden Moment, während der die Spannung vorauszuberechnen ist, wird ein Gerät 1o3 zum Festlegen der Vorausbestimmungszeit verwendet. Diese Vorausbestimmungszeit t_p wird in geeigneter Weise entsprechend dem Dampferzeugungszustand des Kessels und der Turbinenanlaufsfrequenz bestimmt.

Ein Gerät 1o4 zum Lernen bzw. Erfahren einer Dampfzustandsänderung dient dazu, die dynamische Charakteristik des Kessels im gegenwärtigen Stadium bezogen auf den Laufzustand der Turbine zu erfassen. Insbesondere soll dieses Gerät von den tatsächlich gemessenen Werten der Dampfzustände am Turbineneinlaß (Hauptstromeinlaßtemperatur, Hauptstromeinlaßdruck und Einlaßtemperatur des zwischenerhitzten Dampfes) die Geschwindigkeit erfassen, mit welcher sich der Dampfzustand bezogen auf die Änderung der Turbinendrehzahl oder die Laständerung an der Turbine geändert hat. Das Ergebnis

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dieses Lern- bzw. Erfassungsprozesses wird von einem Dampfzustands-" Vorausberechnungsgerät 1o6 verwendet, das noch näher erläutert wird.

Um mittels eines Ein-aus-Zustandssignals CB, das von dem Trennschalter 16 kommt, beurteilen zu können, ob der vorliegende Lauf drehzahlgesteuert oder lastgesteuert ist, wird ein Gerät 1o5 zur Beurteilung des Laufmodus verwendet» Dieses Gerät 1o5 schaltet den Prozeßstrom auf ein Drehzahlsteuersystem 16o um, wenn es beurteilt, daß der vorhandene Laufmodus der Drehzahlsteuermodus ist, und auf ein Laststeuersystem I4o, wenn es beurteilt, daß der vorliegende Laufmodus der Laststeuermodus ist.

Wenn das Drehzahlsteuersystem 16o gewählt wird, v/ird zuerst der vorhandene Spannungspegel a¹ in dem Rotor durch ein vorhandenes Spannungsberechnungsgerät 161 gemessen. Dieses Spannungsberechnungsgerät 161 besteht aus einem Gerät 1o7 zum Berechnen des Dampfzustandes hinter der ersten Stufe₇ aus einem Gerät 1o8 zum Berechnen des Wärmeübergangskoeffi— zienten der Rotoroberfläche, aus einem Gerät 108 zum Berechnen der Temperaturverteilung im Rotor, aus einem Gerät 1-1 ο zum Berechnen der Wärmespannung im Rotor und aus einem Gerät 111 zum Berechnen der Spannung, welche die Zentrifugal— spannung berücksichtigt.

Zur Beurteilung, ob die vorhandene Spannung, wie sie von dem Gerät 161 berechnet wurde, niedriger als die Grenze CC ist, die durch die Funktion 1o2 erhalten wird, dient ein Gerät 162 zum Prüfen des vorhandenen Spannungspegels. Die anliegende Turbinendrehzahl wird in der Regel beibehalten, wenn sich herausstellt, daß die vorhandene Spannung 6" an wenigstens einem Teil des Rotors die Grenze ot

überschreitet.

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Das darauffolgende Berechnungsmodus-Beurteilungsgerät 163 beurteilt, ob die vorhandene Situation der Berechnung ein Sondieren des Maximumdrehzahlanstiegs auf der Basis der Vorausberechnung erfordert oder nicht. Wenn durch das Gerät 163 entschieden wird, daß die vorhandene Situation die Sondierung der Maximumdrehzahlsteigerung erfordert, gibt das Gerät 163 den Prozeß weiter zu einem Gerät 17o zum Sondieren der Maximumdrehzahl. Wenn im Gegensatz beurteilt wird, daß die vorliegende Situation die Sondierung der Maximumdrehzahlsteigerung nicht erfordert, gibt das Gerät 163 den Prozeß an ein Beurteilungsgerät 164 für eine kritische Drehzahl, wobei das Gerät 17o in einem Bypaß umgangen wird. Es gibt eine Beziehung, die durch T*- ^{= η}φ "ti / wobei n_T eine ganze Zahl ist, zwischen der Prozeßperiode χ. des vorliegenden Spannungsberechnungsgerätes 161 und der Prozeßperiode t_ des Maximumdrehzahlsondiergerätes 17o. Beispielsweise beträgt die Prozeßperiode ~Z~ 3 min, wenn die Prozeßperiode T₁ und die ganze Zahl n_ 1 min bzw. 3 min betragen.

Das Sondiergerät 17o für die Maximumdrehzahlsteigerung hat ein Drehzahlsteigerung-Annahmegerät 171, ein Spannungsvorberechnungsgerat 172, ein Gerät 173 zum Prüfen des vorausberechneten Spannungspegels und ein Gerät 174 für die Entscheidung, daß die Vorausberechnungszeit erreicht worden ist. Das Spannungsvorberechnungsgerat 172 hat Subgeräte, nämlich ein Vorausberechnungsgerät 1o6 für den Dampfzust stand, ein Berechnungsgerät 1o7 für den Dampfzustand hinter der ersten Stufe, ein Berechnungsgerät 1o8 für den Wärmeübergangskoeffizienten der Rotoroberfläche, ein Berechnungsgerät 1o9 für die Rotortemperaturverteilung, ein Berechnungsgerät 11o für die Rotorwärmespannung und ein Berechnungsgerät 111 für die Rotorspannung. Die Untergeräte 1o7, 1o8, 1o9, 11o und 111 entsprechen denen des Gerätes 161.

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Die Sondierung der Maxxmuindrehzahlsteigerung bzw. Maximumdrehzahlerhöhung durch das Gerät 17o wird folgenderweise ausgeführt: Zunächst wird eine Vielzahl von Drehzahler-

höhungswerten M1 , M2, Nx Np (Upin/min) erzeugt.

Der größte dieser Drehzahlerhöhungswerte wird dann von dem Drehzahlerhöhungsannahmegerät 171 angenommen. Die zukünftige Spannung, die verursacht würde, wenn die Turbine mit diesem Wert beschleunigt wird, wird bis zu der Zeit t_p vorausberechnet, die durch das Vorausberechnungszeit-Bestimmungsgerät 1o3 festgelegt worden ist. Insbesondere wird zunächst die Spannung im Moment t* nach der vorhandenen Zeit vorausberechnet, wobei auch der Dampfzustand hinter der ersten Stufe berücksichtigt wird. Wenn sich herausstellt, daß diese vorausberechnete Spannung die Grenzsspannung ö nicht überschreitet, wird die Spannungsvorausberechnung für den .nächsten Zeitraum T₁ gemacht. Diese Berechnung wird für jede der darauffolgenden Perioden ■£. wiederholt, bis die genannte Vorausberechnungszeit t_p erreicht ist. Wenn die Grenzspannung cL von der vorausberechneten Spannung nicht erreicht wird, bis die Vorausberechnung zur genannten Vorausberechnungszeit t_p ausgeführt worden ist, wird dieser Wert der Drehzahlsteigerung, wie er von dem Gerät 17o angenommen wird, als maximal zulässiger Wert der Drehzahlerhöhung eingesetzt, d. h. als größte Drehzahlerhöhung, die niemals eine übermäßige interne Spannung erzeugt. Wenn jedoch die Grenzspannung öl durch die vorausberechnete Spannung auf dem Weg der Vorausberechnung bis zur vorausberechnungszeit tp erreicht wird, kann die Drehzahlerhöhung, wie sie vom Gerät 17o angenommen wird, nicht eingesetzt werden. In diesem Fall wird die gleiche Vorausberechnung und Abschätzung für den nächsten Drehzahlerhöhungswert ausgeführt. Wenn diese neu angenommene Drehzahlerhöhung nicht dazu führt, daß die vorausberechnete Spannung die Spannungsgrenze c ' überschreitet, wird dieser Wert als maximal zulässige Drehzahlsteigerung verwendet.

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Das Gerät 164 zur Beurteilung der kritischen Drehzahl ist eine Funktion für die Entscheidung, ob die vorhandene Drehzahl in den Bereich der kritischen Drehzahl der Turbine fällt.

Das Gerät 165 zur Bestimmung der optimalen Drehzahlerhöhung hat die Funktion, in dem Regler 1o die maximal zulässige Drehzahlerhöhung, wie sie von dem Gerät 17o zum Sondieren der maximalen Drehzahlerhöhung sondiert worden ist, zu setzen. Wenn jedoch die vorhandene Turbinendrehzahl N innerhalb des kritischen Drehzahlbereiches liegt, wird die Drehzahlerhöhung nicht geändert und die Turbinendrehzahl wird mit einem Wert erhöht, der durch die vorhergehende Berechnung erreicht worden ist. Gleichzeitig wird die vorhandene Turbinendrehzahl beibehalten, unabhängig von dem Ergebnis der Sondierung des maximal zulässigen Drehzahlerhöhungswertes, wenn die berechnete vorhandene Spannung, wie sie durch das Gerät 161 erhalten wird, die Grenzspannung o" überschreitet. Jedoch wird auch im letzteren Fall die Turbinendrehzahl bei dem vorher erhaltenen Wert erhöht, wenn die vorliegende Turbinendrehzahl N innerhalb des Bereichs der kritischen Drehzahl liegt.

Der Laufmodus wird von dem Drehzahlsteuerungssystem 16o auf das Laststeuerungssystem 14o verschoben, wenn die Last an der Turbine anliegt, indem der Trennschalter 16 geschlossen wird, nachdem die gewünschte Turbinendrehzahl erreicht worden ist. Die Geräte 14o und 16o haben im wesentlichen gleiche Funktionen und Prozeßausführungen, obwohl sie für unterschiedliche Ziele, nämlich Last und Geschwindigkeit, vorgesehen sind.

Das Laststeuersystem hat ein Gerät 141 zum Berechnen der vorhandenen Spannung, das die am Rotor vorhandene Spannung berechnet. Diese Funktion 141 hat Subgeräte, nämlich ein

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Berechnungsgerät 1o7 zum Berechnen des Dampfzustandes in der ersten Stufe, ein Berechnungsgerät 1o8 zum Berechnen des Wärmeübergangskoeffizienten der Rotoroberfläche, ein Berechnungsgerät 1o9 für die Rotortemperaturverteilung, ein Berechnungsgerät 11 ο für die Rotorwärmespannung und ein Berechnungsgerät 111 für die Rotorspannung, die denen des Gerätes 161 entsprechen und von dem Drehzahlsteuersystem 16ο eingeschlossen sind.

Die Funktion 142 zum Prüfen des vorhandenen Spannungspegels entscheidet, ob die berechnete vorhandene Spannung niedriger als die Grenzspannung ot ist. Der vorhandene Lastpegel wird gehalten, wenn sich herausstellt, daß wenigstens eine der berechneten Spannungen die Grenzspannung überschreitet. Somit hat das Gerät 142 die gleiche Funktion wie das Gerät 162.

Das Gerät 143 zum Beurteilen des Berechnungsmodus stellt fest, ob die vorliegende Berechnungssituation das Sondieren des maximal zulässigen Laständerungswertes auf der Basis der Vorausberechnung erfordert. Wenn festgelegt wird, daß das Sondieren der maximal zulässigen Laständerung erforderlich ist, arbeitet das Gerät 143 so, daß der Bearbeitungsfluß an ein Sondiergerät 15o für einen maximalen Laständerungswert weitergegeben wird. Wenn im Gegensatz dazu festgestellt wird, daß eine Sondierung nicht erforderlich ist, wird der Prozeßfluß an ein Gerät 144 zur Bestimmung der maximalen Laständerung weitergegeben, wobei das Gerät 15o überbrückt wird. Es besteht eine Beziehung, die durch die Gleichung γ, ^{= n} _T""Zi / wobei n„ eine ganze Zahl ist, zwischen der Prozeßperiode "t* des Berechnungsgerätes 141 für die vorhandene Spannung und der Prozeßperiode tL äes Sondiergeräts 15o für die maximale Laständerung. Die Perioden T. und "C₃ und die ganze Zahl n_T entsprechen denen des Gerätes 163. Das Gerät 143 ist ein Gerät, das dem Gerät 163 des Drehzahlsteuersystems I60 entspricht.

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Das Sondierungsgerät 15o für die maximale Laständerung hat ein Gerät 151 für die Annahme einer Laständerung, ein Gerät 152 für die SpannungsVorausbestimmung, ein Gerät 153 zum Prüfen des vorausberechneten Spannungspegels und ein Gerät 154 für die Entscheidung, daß die Vorausberechnung bis zu der vorher gegebenen Vorberechnungszeit fortgeschritten ist. Somit entsprechen die Gerät 15o, 151, 152, 153 und 154 jeweils den Geräten 17o_f 171, 172, 173 und 174 des Drehζahlsteuersystems.

Das Spannungsvorausberechnungsgerät 152 hat Untergeräte, nämlich ein Vorausberechnungsgerät 1o6 für den Dampfzustand, ein Vorausberechnungsgerät 1o7 für den Dampfzustand hinter der ersten Stufe, ein Berechnungsgerät 1o8 für den Wärmeübergangskoeffizienten an der Rotoroberfläche, ein Berechnungsgerät 1o9 für die Rotortemperaturverteilung, ein Berechnungsgerät 11o für die Rotorwärmespannung und ein Berechnungsgerät 111 für die Rotorspannung, wobei alle Geräte gemeinsam vom Gerät 152 und vom Gerät 172 des Drehzahls teuer sys tens 16o benutzt v/erden.

Die Sondierfunktion 15o für die maximale Laständerung sondiert die maximal zulässige Laständerung durch aufeinanderfolgende Annahmen einer Vielzahl von Laständerungswerten

+LI₇ +L2, .... +Lx .... +Lp (%/min) von dem größten Wert bis zum nächsten Viert durch das Gerät 151 für die Annahme des Laständerungswertes bis zur Beendigung der Vorausberechnungszeit t_p, die bereits vorher durch das Gerät 1o3 zum Bestimmen der Vorausberechnungszeit erhalten worden ist. Das Gerät 15o führt so die Sondierung der maximal zulässigen Laständerung nach dem gleichen Verfahren aus, wie der maximal zulässige Drehzahlerhöhungswert bestimmt wird.

Das Gerät 144 zum Bestimmen der optimalen Laständerung hat die Funktion, in dem ALR 7 die maximal zulässige Laständerung zu setzen, wie sie von dem Sondiergerät 15o für die

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maximale Laständerung sondiert worden ist. Das Gerät 144 gibt jedoch eine Instruktion zum Aufrechterhalten des vorhandenen Lastpegels, d. h. ein die Laständerung darstellendes Signal an den ALR 7, der Null ist, wenn die Hauptdampftemperatur oder die Zwischenerhitzungsdampftemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist. Gleichzeitig funktioniert dieses Gerät 144 so, daß der vorhandene Lastpegel gehalten wird, unabhängig von dem Ergebnis der maximalen Laständerungssondierung, wenn die berechnete vorhandene Spannung die Grenzsspannung zu überschreiten beginnt.

Das Gerät 145 zum Erzeugen des Sondensignals ist ein Gerät, welches die Lernfunktion des Lern- bzw. Erfassungsgerätes 1o4 für die Dampfzustandsänderung im Verlauf der Erhöhung der Last nach dem Anlauf ausführt, wodurch die Lasterhöhung geglättet wird.

Wie erwähnt, kann ein glatter und sehr schneller Anlauf der Turbine und eine sofortige Lastlaufsteuerung der Turbine durch das Arbeiten des Gerätes 1o2 zum Bestimmen der Spannungsgrenze und das Gerät 1o3 zum Bestimmen der Vorausberechnungszeit sowie durch die v/iederholte Funktion der Geräte des Drehzahlsteuersystems 16o und des Laststeuersystems 14o mit einer Wiederholungsperiode ti erreicht werden. Dieses wiederholte Arbeiten der Geräte wird fortgesetzt, bis ein Befehl zum Anhalten des Systems an einem den Systemstop entscheidenden Gerät 112 zur Verfügung steht.

Im folgenden werden die beschriebenen Geräte der Reihe nach im einzelnen näher erläutert.

Zunächst wird das Gerät 1o1 zum Bestimmen der anfänglichen Rotrotemperaturverteilung unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschrieben. Es ist ziemlich schwierig,

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die Temperaturverteilung im Rotor tatsächlich zu messen. Es ist jedoch von großer Bedeutung für das Turbinensteuersystem gemäß der Erfindung, welches auf die sichere Steuerung eines schnellen Anlaufes und einer plötzlichen Laständerung der Turbine gerichtet ist, die Anfangstemperaturverteilung im Rotor mit einer hohen Genauigkeit zu erhalten.

Fig. 3 zeigt den Rotor 4o und das Gehäuse 41 in einem Schnitt längs der Ebene senkrecht zur Rotorwellenachse, wobei dem Abschnitt 1 die Labyrinthdichtung gegenüberliegt. In Fig. 3 sind die Symbole T_HC0/ ^T _HCI* ^Ts* ^{Tb und T}Jt wobei j ganze Zahlen von 1 bis m sind, die Temperaturen des äußeren Oberflächenmetalls des Gehäuses, des inneren Oberflächenmetalls des Gehäuses, des Oberflächenmetalls des Gehäuses, der Oberfläche des Rotors, der Rotorbohrung und jeweils eines imaginären konzentrischen Ringabschnitts 1 bis m des Rotors.

Von diesen Temperaturen kann man nur die Temperatur Τ_ΗΓ und Tp durch eine direkte Temperaturmessung erhalten, während Ts, Tb und Tj durch eine Berechnung erhalten werden.

Obwohl die Beobachtung der Wärmespannung an beiden Abschnitten 1 und 2 des Hochdruck- bzw. Zwischendruckturbinenrotors den Labyrinthdichtungen gegenüberliegend hinter den jeweiligen ersten Stufen ausgeführt wird, bezieht sich das folgende Beispiel nur auf die Hochdruckturbine, da die überwachung der Wärmespannung in der Zwischendruckturbine im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der Hochdruckturbine ausgeführt werden kann. Die Beobachtung der Wärmespannung an der Zwischendruckturbine unterscheidet sich jedoch von der an der Hochdruckturbine in einigen Unterpunkten. Diese unterschiedlichen Aspekte

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- 35 werden jeweils dann, wenn es erforderlich ist, erläutert.

Im Falle des Gerätes 1o1 beruht der Unterschied beispielsweise darin, daß die Überwachung der Zwischendruckturbine die Temperaturen T_IC0 und T der Dampfkammerwand benutzt, während bei der Überwachung für die Hochdruckturbine die Temperaturen T _, und T_w _ des Gehäuses benutzt werden.

Fig. 4 zeigt den praktischen Verlauf des von dem Gerät 1o1 für die anfängliche Temperaturverteilungsbestimmung ausgeführten Prozesses.

Wenn dieses System gestartet wird, wird die radiale Temperaturverteilung im Rotor aus den tatsächlich gemessenen Temperaturen T„ und T_H{-,₀ der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche des Turbinengehäuses berechnet.

Bei dieser Berechnung werden die Temperaturen Ts und Tb folgendermaßen berücksichtigt:

Ts - T_HCI (1)

Tb ⁼ T₁₁.--. + Kr ίΤ._ΤΛ1/-. — T_Tjr__T) (Z)

Kr in Gleichung (2) ist eine Konstante, die durch die Form der Turbine bestimmt ist. Man geht davon aus, daß die Temperaturverteilung im Rotor durch eine primäre Interpolation der Temperaturen Ts und Tb erreichtar ist. Somit ist die Temperatur Tj der Ringabschnitte durch die folgende Gleichung (3) gegebeni

Tj = Ts - (Ts - Tb) (3)

2m

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Die erläuterte Berechnung erfolgt mit der Annahme, daß das Gehäuse und der Rotor nach dem Anhalten der Turbine sich von der Seite aus abkühlt, die näher an der Umgebungsluft liegt, also von der Außenfläche das Gehäuses her, und daß sich längs des Radius der Turbine zwischen der kältesten äußeren Oberfläche des Gehäuses und der Bohrung des Rotors, die am heißesten ist, ein im wesentlichen linearer Temperaturgradient einstellt.

Auf diese Weise lassen sich die Temperaturen Tj für die jeweiligen Rotorabschnitte mit einer beträchtlich hohen Genauigkeit berechnen, wenn die Turbine nach einer ausreichend langen Ruhezeit anlaufen gelassen wird, da die Differenz zwischen den Temperaturen Tq und T _CI in diesem Fall ausreichend klein ist. Wenn die Turbine jedoch nach einer kurzen Ruhezeit wieder anlaufen gelassen wird, ist die Temperaturverteilung im Turbinenrotor nicht genau berechnet, da die Differenz zwischen den Temperaturen T„_,_. und T ziemlich groß ist. Des halb ergibt sich in diesem Fall wahrscheinlich ein Berechnungsfehler für die Wärmespannung unmittelbar nach dem Anlauf.

Das Gerät 1o1 des Systems kann unterschieden, ob in Betracht gezogen ist, daß die Berechnung der Wärmespannung kurz nach dem Anlauf einen großen Fehler beinhaltet oder nicht. In Fig. 3 ist das Symbol B eine Variable, welche die Größe des Temperaturverteilungsgradienten in der Radialrichtung des Rotors darstellt. Wie erwähnt, wird der Fahler in der Spannungsberechnung groß, wenn der Gradient groß wird. Die Variable B nimmt einen Wert Eins an, wenn die Temperaturdifferenz 't_hco - T _CJ größer als ein vorgegebener Wert Δ.Τ ist. Sie nimmt einen Wert Null an, wenn die Temperaturdifferenz kleiner als der vorgegebene Wert ist. Gleichzeitig ist die Variable B so ausgelegt, daß sie den Wert Eins annimmt, wenn die vorhandene Turbinendrehzahl Ka größer als eine Normdrehzahl Ns ist, da in diesem Fall

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die Spannungsberechnung wahrscheinlich einen großen Fehler beinhaltet, auch wenn die Temperatürdifferenz klein ist. Der Wert der Variablen B wird als Bezug in dem Gerät 1o2 zum Bestimmen der Grenzspannung verwendet, welches die darauffolgende Funktion ausführt.

Das Gerät 1o2 zum Bestimmen der Grenzspannung ist ein Gerät, welches die Grenzen der Spannungen an der Rotoroberfläche und der Rotorbohrung bestimmt. Der als Basis dieser Funktion verwendete Grenzwert wird wahlweise vom Bedienungspersonal oder alternativ vom Gesichtspunkt des Ermüdungswertes festgelegt. Da jedoch die Spannungsberechnung zur Zeit kurz nach dem Anlauf wahrscheinlich einen Fehler enthält, wie vorstehend erwähnt, ist das Niveau der Grenzspannung in stärkerem Maße vorläufig, so daß eine sichere Spannungssteuerung in dem Fall bewirkt wird, in welchem die Höhe der Variablen B der Wert Eins ist.

Diese Funktion wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Hier wird angenommen, daß die Turbine zum Zeitpunkt ti angelaufen ist. Wenn der Gradient der Anlauftemperaturverteilung im Rotor gering ist, d. h. wenn B Null ist, wird die Grenzspannung konstant auf einer Höhe oC gehalten, die vom Operator vorgegeben wird. Zur Verdeutlichung wird für diese Grenzspannung an der Rotorfläche +öl _G und an der Rotorbohrung +oV_B gesetzt. Wenn jedoch die Variable B den Wert Eins annimmt, wird im Hinblick auf eine sichere Steuerung ein Wert beim Maximum verwendet, der um Ao"kleiner ist als vom Operator für die Grenzspannung gegebene Wert. Als Wert fürA<?wird ein Wert gewählt und benutzt, der zum Kompensieren des Fehlers der AnfangsSpannungsberechnung erforderlich ist. Der Wert für AC wird mit dem Zeitablauf kleiner, da der Fehler der Temperaturverteilungsberechnung mit der Zeit geringer wird. Schließlich wird der Wert für Axr Im Zeitpunkt t2 Null.

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Das Gerät 1o3 für die Bestimmung der Vorausberechnungszeit hat die Punktion, die Länge der Zeit beginnend vom vorliegenden Moment festzulegen, über welcher die Vorausbestimmung der zukünftigen Wärmespannung durch die Geräte 17o und 15o von Fig. 2 erfolgen soll.

Einer der wesentlichsten Faktoren zum Bestimmen der Vorausberechnungszeit t_ ist das Verhalten der Temperatur T_n... des

ir Kn

zwischenerhitzten Dampfes unmittelbar nach dem Schließen des Trennschalters 16. Wenn der Trennschalter 16 geschlossen wird, wird die Brennstoffzufuhr zum Kessel stufenweise erhöht, da an die Turbine die Anfangslast angelegt wird. Demzufolge wird, wie dies in Fig. 6 gezeigb ist, die Temperatur des zwischenerhitzten Dampfes plötzlich erhöht und neigt dazu, mit einer primären Nacheilung der Hauptdampftemperatur zu folgen. Somit nimmt möglicherweise die Spannung im Rotor der Zwischendruckturbine zu, auch wenn der Wert der Anfangslast beibehalten wird. In diesem Fall ändert sich die Zeitlänge t_p, d. h. die Zeit, bis die größte Wärmespannung erreicht ist, abhängig von der Hauptdampftemperatur T und der Temperatur T „ für den zwischenerhitzten Dampf. Diese Situation ist in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 7 stellt T die Temperaturdifferenz ~ ^Trha ^^ar' ^. k· ^{den Wert}f der durch die Gleichung

^TMR ^{= b}'^TMSA - ^TRHA ^geben ^t, wobei T_MSA und _Trha die Werte der Temperaturen T,„ und T zu dem Zeitpunkt un-

Wo KrI

mittelbar nach dem Schließen des Trennschalters sind. Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß die Vorausberechnungszeit t_ kürzer werden kann, wenn die Differenz T.,_ kleiner und

MK

wenn die Hauptdampftemperatur T _c höher gemacht wird.

Da die Länge der Vorausberechnungszeit zum Zeitpunkt des Schließens des Trennschalters, wie vorstehend beschrieben, stark geändert wird, wird diese Erscheinung quantitativ vor dem Schließen des Trennschalters vorausberechnet. Die Instruktion 15, die das Schließen des Trennschalters

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erlaubt, wird eem Gerät 14 zum Schließen des Trennschalters nur dann zugeführt, wenn bestätigt ist, daß die durch dieses Phänomen verursachte Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet. Zu diesem Zweck wird die Zeit t , zu der die Spannung c ihren Spitzenwert annimmt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, wenn die Anfangslast konstant gehalten wird, als die minimal erforderliche Vorausberechnungszeit berechnet.

Fig. 8 zeigt, wie die Vorausberechnungszeit t_ sich während der Drehzahlerhöhung und der Lasterhöhung ändert. Die Vorausberechnungs zeit t_D kann einen konstanten Wert t_D annehmen, während die Turbinendrehzahl erhöht wird. Wenn die Turbinendrehzahl die Nenndrehzahl zu einem Zeitpunkt t.. erreicht, geht das Gerät 1o3 auf die Berechnung der Vorausberechnungs zeit tp mit der Annahme über, daß der Trennschalter 16 zum Zeitpunkt t.. geschlossen ist, wobei folgende Gleichung gilt :

t = a log - <4)

h T — Φ 4- C " MSA RHA

Gleichung (4) simuliert die in Fig. 7 gezeigten charakteristika. Die Symbole a, b, c und d sind Konstanten, die durch die dynamischen Kennlinien des Kessels und der Turbine bestimmt sind, während die Symbole T und T_n die Werte von T.,_o und T_,„ zum Zeitpunkt t- sind. Die auf diese Weise

Mo HiI I

zum Zeitpunkt t.. erhaltene Vorausberechnungs zeit t_ wird von dem Gerät 17o zum Vorausberechnen der Wärmespannung C verwendet, da der Trennschalter zu diesem Zeitpunkt t,. noch nicht tatsächlich geschlossen ist. Das Gerät 17o bestimmt die Wärmespannung σ' über der Vorausberechnungszeit t auf

der Annahme im voraus, daß eine Anfangslast von beispielsweise 3 % Last an der Turbine angelegt wird. Wenn bestätigt wird, daß die Grenzspannung cc von der Spannung o" in diesem Zeitraum nicht überschritten wird, gibt das Gerät die

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- 4ο -

Erlaubnisinstruktion 15 zum Schließen des Trennschalters zum Gerät 14 für das Schließen des Trennschalters. Das Gerät 14 zum Schließen des Trennschalters gibt eine Instruktion zum Schließen des Trennschalters 16 nach der Bestätigung, daß Spannung, Frequenz und Phase der abgegebenen Leistung des Synchrongenerators 5oo, der von der Turbine angetrieben wird, mit denen der nicht gezeigten äußeren Netzleitung übereinstimmen, wie dies allgemein bekannt ist. Somit gibt erfindungsgemäß das Gerät 14 zum Schließen des Trennschalters nur dann das Signal, wenn sowohl die Koinzidenz als auch die ErlaubnisInstruktion 15 zum Schließen des Trennschalters erhalten werden. Wenn jedoch erwartet wird, daß die zukünftige Wärmespannung & die Grenzspannung OX überschreitet, wird die Vorausberechnungszeit t nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeit vom Zeitpunkt t.. aus erneut bestimmt. Fig. 8 zeigt, daß die Bedingung o¹ < <X während des Zeitpunkts t„ erhalten wird. Demzufolge wird die Erlaubnisinstruktion 15 zum Schließen des Trennschalters dem Gerät 14 zum Schließen des Trennschalters zum Zeitpunkt t„ weitergegeben. Der Trennschalter wird zu einem darauffolgenden Zeitpunkt t, tatsächlich geschlossen, wodurch die Anfangslast Lo an die Türe ine angelegt wird.

Die Vorausberechnungszeit t beim Lastlaufmodus wird grundsätzlich bei einem konstanten Wert t_pL festgelegt. Wie jedoch unter Bezugnahme aus Fig. 6 erläutert wurde, liegt eine Erhöhung der Temperaturen T und T^ zu dem Zeitraum unmittelbar nach dem Schließen des Trennschalters vor, so daß die Vorausberechnungszeit t_p nicht sofort auf t_pL reduziert ist, sondern allmählich auf t_pL gesenkt wird

Bei dem Gerät 1o4 zum Erfassen des Dampfänderungszustandes sind die zu erfassenden Gegenstände die Änderung der drei therittodynamischen Funktionen, nämlich der Hauptdampftemperatur T _f des Hauptdampfdrucks P_Mg und der Temperatur T

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des Zwischenerhitzten Dampfes in Beziehung zu den Änderungsbeträgen der Drehzahl N oder der Last L. Insbesondere gibt es sechs Größen, nämlich .dT ./dN, dT_DIJ/dN, dP VdN, dT ./dL, dT_p /dL und .dP_M„/dL.

i-iS 14& ritt Mti

Die ersteren drei Größen werden beim Drehzahlsteuermodus verwendet, während die letzteren drei Größen für den Laststeuermodus benutzt werden. Die Größen werden vom Gerät 17o für die Vorausberechnung der Spannung benutzt, wie sie benutzt werden, wird anhand der Beschreibung der Geräte 172 und 152 näher erläutert.

Das Erfassen erfolgt nach folgenden Gleichungen:

^GTMS _ ^TMS^{(t) 1}MS ^{(t n} H* ...

^ÜN N (t) - N(t - ηΐ,)

^dTRH ₌ ^TRH^(t) - ^TRH ^{t~ⁿV (6)

^dN N (t) - N(t - XiTi₁)

dPMS	PMS(t)	- K(t -	- HT1)
dN	N(t)	" TMS(t	n 1^
dTMS	T.,„ (t) MS	- L(t-n .	- HT1)
dL	L(t)	: r h) - r.	I5
dTBH	TKH(dt	- L (t -	cEH er- Xi^1)
dL	L(t)	- PMS (i	η Χ*)
dPMS	PMS(t)	- L (t-
dL	L (t)	η T1)

(8)

do)

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Die Gleichungen (5), (6) und (7) werden verwendet, wenn dN/dt ungleich Null ist, während die Gleichungen (8), (9) und (1o) verwendet werden, wenn dL/dt ungleich Null ist.

Fig. 9 zeigt das Konzept dT /d_T. Dieser Ausdruck ist die Differenz zwischen T (t) zum Zeitpunkt t und i,.„(t-nc,) zum Zeitpunkt t-n χ.. In gleicher Weise ist dL die Differenz zwischen L(t) und L(t-n X-) zu diesen Zeitpunkten.

Die Gleichungen (5) bis (1ο) können nicht verwendet v/erden, wenn dN/dt und dL/dt Null sind, d. h. wenn die Drehzahl oder die Last konstant ist, da die Nenner dieser Brüche Null sind, so daß die Werte dieser Brüche unendlich sind. Aus diesem Grund werden erfindungsgemäß die durch die Gleichungen (5) bis (1o) erhaltenen Werte schrittweise nach folgenden Gleichungen verringert:

_ 21,
^U e

dM ^U ep ^l dN

In diesen Gleichungen ist t eine Konstante, für die "£. X- Ctg gilt. Auf diese Weise wird eine sogenannte Speicherablaufcharakteristik verwirklicht, wenn die Last oder die Drehzahl konstant gehalten werden, wobei die durch das Erfassen bzw. Lernen erhaltenen Werte allmählich bzw. schrittweise verringert werden.

Im folgenden werden verschiedene Geräte erläutert, die benutzt werden, wenn der Trennschalter 16 nicht geschlossen ist, d. h. die Geräte gehören zum Drehzahlsteuersystem.

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Das Berechnungsgerät 161 für die vorhandene Spannung hat Untergeräte, nämlich ein Berechnungsgerät 1o7 für den Dampfzustand hinter der ersten Stufe, ein Berechnungsgerät 1o8 für den Wärmeübergangskoeffizienten an der Rotoroberfläche, ein Berechnungsgerät 1o9 für die Rotortemperaturverteilung, ein Berechnungsgerät 11o für die Rotorwärmespannung und ein Berechnungsgerät 111 für die Rotorspannung, wobei alle Geräte gemeinsam von dem Gerät 161 und dem Laststeuersystem benutzt werden.

Zunächst wird die Punktion des Berechnungsgerätes 1o7 für den Dampfzustand hinter der ersten Stufe erläutert.

Für die Berechnung der Wärmespannung ist es erforderlich, den Zustand des Dampfes zu erfassen, der in die Abschnitte 1 und 2 der Rotoren strömt, die den jeweiligen Labyrinthdichtungen gegenüberliegen, wo die Wärmespannung äußerst kritisch ist und deshalb überwacht werden muß. Es ist also erforderlich, den Dampfzustand an dem Abschnitt des Rotors hinter der ersten Stufe zu kennen. Es ist jedoch nahezu unmöglich, den Dampfzustand an diesem Abschnitt tatsächlich zu messen. Auch wenn die Messung möglich wäre, würde sie einen beträchtlichen Fehler und eine Zeitverzögerung enthalten.

Aus diesem Grund werden erfindungsgemäß die Dampfdrucke P_H1 und P_ und die Dampftemperaturen T- und T₁- hinter der ersten Stufe aus dem Hauptdampfzustand P_MSr Lg, der Turbinendrehzahl N, der Drehzahlerhöhung N, der Last L und der Temperatur T_„ für den zwischenerhitzten Dampf berechnet für die Hochdruckturbine und die Zwischendruckturbine.

Fig. 1o zeigt den Vorgang der Berechnung des Dampfzustands aus dem Zustand des Dampfes, der vom Kessel erzeugt wird, und aus dem Laufzustand der Turbine. Durch Verwenden der

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- 44 Daten der Hauptstromtemperatur T „, des Hauptstromdrucks

iYLo

Pg, der Temperatur T_R„ des zwischenerhitzten Dampfes, der Drehzahl N, der Drehzahlerhöhung N und der Last L als Eingabevariable kann dieser Vorgang kontinuierlich über den ganzen Teil der Turbinensteuerung vom Anlauf bis zum tatsächlichen Lauf im belasteten Zustand eingesetzt werden. Von der Dampftemperatur hinter der ersten Stufe bei der Zwischendruckturbine nimmt man an, daß sie der tatsächlich gemessenen Temperatur des zwischen »erhitzten Dampfes gleich ist, um eine Sicherheit zu haben. So wird angenommen, daß über der ersten Stufe der Zwischendruckturbine kein Temperaturabfall vorhanden ist.

Die Funktionen eines jeden in Fig. 1o gezeigten Gerätes werden im folgenden erläutert.

Es sei hier angenommen, daß der Wert der Last L Null ist im unbelasteten Lauf und daß die Turbinendrehzahl N und die Drehzahlerhöhung N im belasteten Laufzustand No bzw. Null sind. Zunächst soll erläutert werden, wie die Dampftemperatur T hinter der ersten Stufe abgeleitet wird. Für diesen Zweck berechnet zunächst ein Block 2oo die äquivalente Last L8 unter dem Nenndampfzustand, d. h. bei der Nenntemperatur T_Mq_R des Hauptstroms und dem Nenndruck P._TOD des Hauptstroms. Die äquivalente Last L¹ ist

J/lo Jx

während der Drehzahlerhöhung der Turbine Null, d. h. während des unbelasteten Laufs der Turbine. Dann erhält man die Temperatur Ti¹ des Dampfes hinter bzw. nach der ersten Stufe entsprechend der Last L¹. Die Symbole L1 und L2 stellen die untere Grenzlast und die obere Grenzlast für den Fall einer kombinierten Regelung dar. Dann erhält · man das Stromdrosselungsverhältnis K1 des Regelventils für den Turbineneinlaßhauptstrom entsprechend der Last L¹ durch die Blöcke 2o2, 2o3 und 2o4. Das Verhältnis K1 wird Null, wenn die äquivalente Last L' größer als die obere Grenzlast L2 ist, da in diesem Fall das Regelventil

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für eine Teilbogenbeschickung bzw. für eine Teilringbaschickung betätigt wird. Der Block 2o5 berechnet die Temperaturdifferenz ATo zwischen der Hauptstromtemperatur T und der Dampftemperatur im Turbinenmantel aus P „ und T . In der Funktion des Blocks 2o5 wird die Temperaturdifferenz ,ΔΤο größer, wenn der Druck P größer wird, wobei angenommen wird, daß die Temperatur T _ konstant ist. Der Block 2o6 berechnet aus einer Eingabe der Turbinendrehzahl N den Temperaturreduzierungsfaktor K2 über der ersten Stufe der Hochdruckturbine. In der Funktion des Blocks 2o6 stellt No die Nenndrehzahl dar. Der Faktor K2 ist ein Wert, der von O < K2 < 1 dargestellt wird und beträgt Eins, wenn die Turbine mit einer Nenndrehzahl und während des Lastbetriebs der Turbine betrieben wird. Schließlich erhält man die Dampftemperatur T„_T hinter der ersten Stufe durch den Block 2o7. Die Temperatur T„ wird als der Wert bestimmt, den man durch Subtrahieren des Temperaturabfalls des Dampfes auf dem Weg zu dem Abschnitt hinter der ersten Stufe von der Hauptdampftemperatur T _ς erhält. In der Funktion des Blocks ZoI ist K2.(T_MSR-Xj') der Dampftemperaturabfall über der ersten Stufe, während .KI 6 To den Temperaturabfall über dem Regelventil 11 darstellt. Das Symbol T stellt immer die Temperaturdifferenz zwischen der Hauptdampftemperatur und der Dampftemperatur in dem Turbinenmantel unter dem Nenndampfzustand dar.

Im folgenden wird das Verfahren zum Erhalten des Dampfdrucks P₁₁₁ hinter der ersten Stufe erläutert. Zunächst erhält man vom Block 2o8 den Dampfdruck H.. hinter der ersten Stufe der Hochdruckturbine entsprechend dem unbelasteten Betrieb. In der Funktion des Blocks 2o8 ist K„_L der Dampfdruck der Hochdruckturbine hinter der ersten Stufe entsprechend dem umbelasteten Druckabfall bei der Turbinennenndrehzahl, k eine Indexzahl für den lastfreien Druckabfall und K_Ä der Druck, der erforderlich ist, um eine Einhei tsbes chl'eunigung zu erhalten. Der Block 2o9

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bestimmt den Druck P₁₁.. der Hochdruckturbine hinter der

ti I

ersten Stufe nach Empfang von P₁ und L als Eingabe. P . isb der Dampfdruck hinter der ersten Stufe bsi dem Nennlastlauf der Turbine.

Der Block 21o bestimmt den Dampfdruck Pj₁ hinter der ersten Stufe der Zwischendruckturbine. Der Druck Ρ_χ^ wird dadurch erhalten, daß der Druck P„., mit dem Verhältnis P_T1T3/P„_1r.

ri I Π R H ι R

multipliziert wird, wobei P_R1 „ bzw. Pj₁-D der Dampfdruck hinter der ersten Stufe bei Nennlast der Hochdruckturbine bzw. der Zwischendruckturbine ist.

Schließlich wird die Dampftemperatur an dem Zwischendruckturbineneinlaß, d. h. die Temperatur des zwischenerhitzten Dampfes direkt als Dampftemperatur Τ_χ1 hinter der ersten Stufe der Zwisehendruckturbine verwendet.

Die Dampfzustände an den Abschnitten hinter den ersten Stufen der Hochdruckturbine und der Zwischendruckturbine werden erfindungsgemäß berechnet und nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt. In Fig. 1o sind die Einheiten von N und No Umdrehungen pro Minute, während die Einheit für die Drehzahlerhöhung N Upm/min ist. Die Last L wird als Verhältnis in Prozent bezogen auf die Nennlast angegeben. Die Einheit der Temperatur T ist C, während der Druck P und PL als Einheit ata haben. Die Einheit K ist ata/(Upm/min) . Die Faktoren K1, K2 und k haben keine Dimension.

Mg. 11 zeigt ein Blockdiagramm einas Systems zum erhalten des Wärmeübergangskoeffizienten K an der Turbinenrotoroberflache aus dem Dampfzustand hinter der ersten Stufe, der nach dem vorstehend erklärten Verfahren erhalten worden ist, und aus der Turbinendrehzahl. Da das System, von Fig. 11 sowohl für die Hochdruck- als auch für die Zwischendruckturbine verwendet werden kann, wird die Erklärung

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auf die Hochdruckturbine beschränkt.

Das spezifische Gewicht Y₁Om in kg/m , den kinematischen Koeffizienten der Viskosität "K, in m /s und die Wärmeleitzahl λ... _ in Kcal/m C s des Dampfes hinter der ersten Stufe beim Dampfzustand von R^ und T₁ erhält man durch die Blöcke 3o1 , 3o2 und 3o3, welche eine Speichereinrichtung verwenden, in welcher die Daten der Dampftabelle beispielsweise in Form von Funktionen gespeichert sind. Der Block 3o4 berechnet den Mengenstrom in kg/s des Dampfes, der durch den Spalt zwischen der Labyrinthdichtung und dem entsprechenden Abschnitt des Rotors strömt. Ko ist eine Konstante, die durch die Form der Turbine bestimmt ist, Z ist die Zahl der Rippen der Labyrinthdichtung, während Pj₁₁ und P„ jeweils den Dampfdruck hinter der ersten bzw. zv/eiten Stufe der Hochdruckturbine darstellt.

Der Block 3o5 berechnet das Volumen F„.„ in m /s des Dampfes, der durch den Spalt zwischen der Labyrinthdichtung und dem Rotor strömt, wobei der Mengenstrom -F₄,- in kg/s verwendet wird, der vom Block 3o4 erhalten wird. Der Block 3o6 berechnet die Geschwindigkeit U _χ in m/s als Axialgeschwindigkeit des durch den Spalt zwischen der Labyrinthdichtung und dem Rotor hindurchgehenden Stroms aus dem Mengenstrom F_OT, der durch den Block 3o6 erhalten

ÖL· η

wird. Das Symbol A bezeichnet' die Ringfläche in m zwischen der Labyrinthdichtung und dem Rotor. Der Block 3o7 berechnet die Oberflächengeschwindigkeit H in m/s des Abschnitts des Rotors, der der Labyrinthdichtung gegenüberliegt. Die Symbole TT und r stehen für das Verhältnis

des Umfangs zum DurchmeiSser des Rotors bzw. bezeichnen den Radius des Rotors in m. Die Blöcke 3o9 und 31o berechnen die Reynolds-Zahl Re bzw. die Nussel-Zahl Nu. Das Symbol δ steht für das Labyrinthdichtungsspiel in m. Schließlich wird von dem Block 311 der Wärmeübergangskoeffizient in

2 G

kcal/m C s des Wärmeübergangs vom Dampf an die Rotorober-

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fläche um die Labyrinthdichtung herum hinter der ersten Stufe berechnet. Der so erhaltene Wäremübergangskoeffizient wird als Grenzbedingung zum Berechnen der nicht stationären inneren Spannungsverteilung des Rotors verwendet.

Wie erwähnt, erfolgt der von dem Gerät 1o8 zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten der Rotoroberfläche ausgeführte Prozeß entsprechend dem Wärmeübergang bei turbulenter Strömung aus dem Dampf der durch den Spalt zwischen der Labyrinthdichtung und dem Rotor hindurchgeht. Der gleiche Prozeß, wie er in Fig. 11 gezeigt ist, wird auch für die Zwischendruckturbine verwendet. Da die Hochdruckturbine und die Zwischendruckturbine gewöhnlich unterschiedliche Werte von o, Z, A, r und ^p _h2/^ph1 ^naben/ muß beim Anwenden des Systems von Fig. 11 bei der Berechnung des Wäremübergangskoeffizienten in der Zwischendruckturbine darauf geachtet werden, daß die speziellen Werte für die Zwischendruckturbine eingesetzt werden.

Bei dem System nach Fig. 11 wird das Druckverhältnis P„_n/P_TT1 des Drucks hinter der zweiten Stufe zum Druck

n/ rl I

hinter der ersten Stufe als Konstante behandelt, da dieses Verhältnis unabhängig von der Änderung des Laufzustandes, d. h. der Drehzahl, der Drehzahlerhöhung und der Last als konstant angesehen werden kann.

Anhand von Fig. 12 wird im folgenden die Funktion des Gerätes 1o9 für die Rotortemperaturverteilung erläutert. Die Wärmebewegung im Rotor erfolgt im wesentlichen nur in Radialrichtung. Aus diesem Grund wird der Rotor in m (1, 2, 3 ... m) imaginäre Ringabschnitte eingeteilt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Die Temperaturverteilung wird mittels Wärmebilanzen über den Ringabschnitten berechnet. Der Zeitraum der Wärmebilanzberechnung wird auf T^ eingestellt. In Fig. 12 ist Q- die Wärme, die vom Dampf zur

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Rotoroberfläche im Zeitraum T₁ geliefert wird. In gleicher Weise is t Q ₁ die Wärmemenge, die von der Rotoroberfläche zum Kern des äußersten Ringabschnittes (j = 1) geliefert wird. Somit ist Q. .^ die Wärmemenge, die von dem j-ten Ringabschnitt zum j+1-ten Ringabschnitt geliefert wird. Da die Rotorbohrung in einem adiabaten Zustand gehalten wird, ist die Wärmemenge 0 . immer Null.

Wenn der vorliegende Augenblick mit t bezeichnet wird, ergeben sich die Wärmemengen, die zu den benachbarten Ringabschnitten und davon weg zwischen dem Zeitraum T^₁ und einem Zeitpunkt t - χ. zum vorliegenden Zeitpunkt t geführt v/erden, durch folgende Gleichungen :

Q_fiS(t) = 2iTr_s K(t) L^THi^(t) "

T„(t) - T₁(t-Q_s/l(t) = 2M (r₂₊:

τ (t-r ) - T₉ (t -

Q_lf2(t) =2rrr₂X_M -J 1_

⁼⁰

v/obei X.. die Wärmeleitfähigkeit des Rotormaterials, K(t) der Wärmeübergangskoeffizient an der Rotoroberfläche zu diesem Zeitpunkt, T die Oberflächentemperatur des Rotors, r. der äußere Radius des j-ten Ringabschnitts, r₁ = r der Rotorradius, r₊₁ = r, der Radius der Rotorbohrung, 4 r die Stärke der Ringabschnitte und T. die Temperatur des j-ten Ringabschnittes sind. Der Wärmeübergangskoeffizient K, wie er anhand von Fig. 11 erläutert wird, wird zur Berechnung der Wärmemenge 0_ _t verwendet.

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- 5ο -

Da Qp (t) gleich Q ₁(t) ist, erhält man T (t) durch dia folgende Gleichung :

T¹T₁U-T₁) + 2r_c w(t) T_H1 (t)

T (t) = i 3 ^ ^ (16)

^s r¹ + 2 r w(t)

wobei r' = 4 r₂ + 3

W(t) = Ar K{t)/

Die Wärmemenge aq. (t), die sich in dem j-ten Ringabschnitt ansammelt, wird als Differenz zwischen der zugeführten Wärme Q.* . und der abgeführten Wärme Q · · ₊ zu dem gleichen Abschnitt j bzw. davon weg durch die Gleichung (17) gegeben:

(17)

In diesem Fall ergibt sich die Temperatur T. des j-ten Ringabschnittes nach Gleichung (18):

T.(t) = T.(t- I₁) + _ÄQj(t)/ V. _SmC_h (18)

wobei c. das Volumen des j-ten Ringabschnitts pro Länge, p_M die Dichte des Rotormaterials und C die spezifische Wärme des Rotormaterials sind.

Gleichzeitig erhält man die Rotorbohrungstemperatur ^T _h durch Simulieren der Temperaturverteilung nach folgender Gleichung zweiten Grades :

^Tb^(t) =1 L^{9 T}m^(t) - Vi^(t3 ⁽¹⁹^

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Dieser Prozeß ist im einzelnen in Fig. 13 gezeigt. Der Prozeß wird bei jedem OperationsZeitraum ausgeführt, der bei dem genannten Beispiel 1 min beträgt.

Bei dem in dierser Figur gezeigten Prozeß werden die Temperatur Τ....(t). für den Dampf hinter der ersten Stufe in dem vorliegenden OperationsZeitraum, die durch den Prozeß nach Fig. 1o erhalten wird, und die Temperatur vertex lung T. (t-Ir₁), T^t-^), die sich als Ergebnis des Prozesses der vorausgehenden Operationsperiode nach dem Proezß von Fig. 13 ergibt, in den Blöcken 4oo bzw. 41o gespeichert. Der Prozeß, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, dient zum Berechnen der vorliegenden Temperaturverteilung T (t) , T. (t) und T, (t). Diese Werte werden an die Blöcke 4o6 un 4o7 abgegeben. Sie werden in den nächsten Operationsaeitraum zum Block 4o1 verschoben, so daß sie im nächster Rechenvorgang benutzt werden können.

Der Block 4o2 von Fig. 13 dient zum Berechnen der vorliegenden Rotoroberflächentemperatur T (t) , wobei die Temperaturen T .. (t) , T-Ct-Tl) entsprechend der Gleichung (16) verwendet werden. Da W(t) gleich ArK(t)/^.,. ist, wird der Wärmeübergangskoeffizient K, wie er im Prozeß von Fig. erhalten wird, zur Berechnung der Temperatur T_g verwendet. Der Block 4o3 berechnet die Wärmeabgabe Q- .... zwischen benachbarten imaginären Ringabsehnitten, während der Block 4o4 die Wärmemenge Δ Q■(t) berechnet, die in jedem Ringabschnitt als Ergebnis der Wärmelieferung gespeichert wird. Der Block 4o5 berechnet weiterhin die Temperatur eines jeden imaginären Ringabschnittes zum vorliegenden Zeitpunkt, wobei der gespeicherte Wärmewert Δ0.(t) verwendet wird. Auf diese Weise erhält man die vorhandene Temperaturverteilung. Wenn der Prozeß von Fig. 13 das erste Mal ausgeführt wird, sind im Block 4o1 keine Rotortemperaturverteilungsdaten gespeichert. In diesem Fall muß die Anfangstemperaturverteilung (Fig. 4) als Rotortemperaturverteilung

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des vorausgehenden Prozesses benutzt v/erden.

Im folgenden wird die Funktion des Gerätes 11o zum berechnen der Rotorwärmespannung beschrieben.

Die Wärmespannung des Rotors, d. h. die Wärmespannung & der Rotoroberfläche und die Wärmespannung crL™ der Rotorbohrung lassen sich durch folgende Gleichungen auf der Basis der Temperaturverteilung ausdrücken, die von dem Gerät 1o9 zum Berechnen der Rotortemperaturverteilung berechnet worden sind.

°st ⁼ T^- Vs^{1 (2o)}

In diesen Gleichungen sind E der Youngsche Modul des Rotormaterials, oC der lineare Ausdehnungskoeffizient des Rotormaterials, T^das Poissonsche Verhältnis des Rotormaterials, T die Oberflachenteraperatur des Rotors, T, die Rotorbohrungstemperatur und T die mittlere Temperatur des Rotors pro Volumen.

Die mittlere Temperatur des Rotors pro Volumen T ergibt sich aus folgender Gleichung :

T_n = E₁ T.(r/-r^)/(r_s ²-r_b ²) (22)

Die Spannung im Rotor wird schließlich berechnet, wobei auch die Zentrifugalspannung berücksichtigt wird. Da die Zentrifugalspannung proportional zum Quadrat der Turbinendrehzahl N ist, wird die Zentrifugalspannung ctl, _r die auf die Rotorbohrung bei der Turbinendrehzahl N wirkt, durch die Gleichung (23) wiedergegeben, die die Nenndrehzahl und

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die BohrungsZentrifugalspannung bei der Nenndrehzahl durch No bzw. S-^_n darstellt»

= ⁶BCR ^ ⁽²³⁾

Demzufolge ergibt sich für die Bohrungsspannung ö

⁶BC ⁽²⁴>

In der Rotoroberfläche stellt sich eine Spannungskonzentration ein, was von der Form der Rotoroberfläche abhängt, so daß die Wärmespannung in Axialrichtung des Rotors, d. h. rechtwinklig zur Zentrifugalspannung, wirkt, die ihrerseits in Umfangsrichtung wirkt. Deshalb erfordert die Berechnung der Spannung in der Rotoroberfläche nur die Wärmespannung, die den TurMnen-Ermüdungswert betrifft. Somit läßt sich für die Spannung ö" in der Rotoroberfläche schreiben :

⁵S = ⁶ST ⁽²⁵⁾

Die Funktion des Gerätes 161 zum Berechnen der vorhanden Spannung ist bereits vollständig erläutert worden.

Im folgenden wird das Gerät 162 zum Prüfen des vorhanden Spannungswertes erläutert. Dieses Gerät soll beurteilen, ob die vorstehend erläuterten Spannungen 6*_s und 6"_B die Grenzspannungen 6„₇ , 6^ nicht überschreiten, wie sie durch das Gerät 1o2 zum Bestimmen der Grenzspannung gesetzt worden sind.

Das Gerät 163 zum Beurteilen des Berechnungsmodus beurteilt, ob die vorliegende Berechnung innerhalb der zeitlichen Abstimmung für die Durchführung der Sondierung der maximal zulässigen Drehzahlerhöhung auf der Basis der Vorausberechnung liegt. Wenn die Vorausberechnung alle n-Berechnungan

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einmal auszuführen ist, funktioniert das Gerät 19 so, daß das Ergebnis dar Spannungsberechnung geliefert wird, wobei das Gerät 17o zum Sondieren der Maximumsdrehζahlerhöhung für n-1 Berechnungen von η-Berechnungen überbrückt wird.

Im folgenden wird die Funktion des Gerätes 17o für die Maxiiuumsdrehzahlerhöhungssondierung erläutert. Das Gerät hat eine Funktion für die Vorherberechnung der Spannungen, die in der Rotoroberfläche und in der Rotorbohrung zu jedem Zeitpunkt T₁ verursacht werden, wobei die Zeitperiode vom vorliegenden Zeitpunkt t während der Vorausberechnungszeit t ausgeht, wie sie von dem Gerät 1o3 für die Bestimmung der Vorausberechnungszeit bemessen wird. Das Gerät vergleicht weiterhin die Spannung mit der Grenzspannung zu jedem Zeitpunkt der Vorausbestimmung, so daß die Maximumsdrehzahlerhöhung sondiert wird, die nicht dazu führt, daß die zukünftige Spannung die Grenzspannung of während der gesamten Länge der Vorausberechnungszeit t_p überschreitet. Die erwähnte Drehzahlerhöhung ist der Wert, ausgewählt aus der Vielzahl von Drehzahlerhöhungswerten

N1, N2 ... Nx .. Np in Upm/min, wie sie von dem Gerät 171 für die Annahme der Drehzahlerhöhung präpariert wird. Die aufeinanderfolgenden Drehzahlerhöhungswerte werden dem Spannungsvorausberechnungsgerät 272 einzeln vom größten bis zum kleineren zugeführt. Es sei hier angenommen, daß eine Beziehung besteht: N1 >N2> ... >Nx>... >Np. Zunächst werden die Spannungen in der Rotoroberfläche und in der Bohrung zum Zeitpunkt t+Tj, also X nach dem vorliegenden Zeitpunkt t, durch den Block 111 des Gerätes 1o6 vorausberechnet. Wie bezüglich des Gerätes 161 ausgeführt wurde, ist es erforderlich, Gebrauch von L, Ρ.._σ, N, N und Τ_ΟΗ als Eingaben zu machen, um die Operation des Gerätes 1o7 auszuführen. Die Last L ist Null, da beim vorliegenden Beschleunigungsstadium keine Last an der Turbine anliegt. Der Wert N wird durch das Gerät 171 bestimmt. Für die Vorausbestimmungsberechnung müssen P_MC, T , N₁. T

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. _MS·^ , N(t+nr,) und _ΓΠ(1+ηί) nach dem« Ablauf der Zeit nt., sein. Von diesen

Ktt I I

Faktoren erhält man den Faktor Nit+nT..) durch Verwendung der vorliegenden Drehzahl NCt) und der Drehzahlsteigerung N aus der Gleichung

= N(t) + nt, N

Die anderen Faktoren werden nach den Gleichungen (26), (27) und (28) berechnet, wobei die Ergebnisse des Erfassungsgerätes 1o4 für die Dampfzustandsänderung benutzt v/erden, die in den Gleichungen (5) , (6) und (7) ausgedrückt sind. . -

dT
P_MS(t+n^) = P_MS(t) + (——) N ■ η-ζ, (26)

dN

dl' _ς . T_MS(t+nr ) = T (t) + (—SS) N η Χ (27)

dN

^dTRH * -^UV = ^TRH^{(t) +} «"ΤΕΤ* ^{N nr}i ⁽²⁸⁾

Im einzelnen bedeuten in Gleichen (26) (dP _g/dN) die Änderung des Drucks dP.,_s entsprechend der Änderung der Drehzahl dN, wie dies durch Gleichung (7) bekannt ist. Somit ist (dP. „/dN) N die Änderung des Drucks entsprechend der Drehzahlerhöhung N. In gleicher Weise ist (dP /dN) N n'£ die Änderung des Drucks, die herbeigeführt wird, wenn die Turbine auf den Wert N für die Zeiterstrekkung nT- beschleunigt worden ist. Der zukünftige Druck P_MS (t+n"?",.) wird durch Addieren dieses Änderungsbetrags des Drucks zum vorliegenden Druck P (t) erhalten. Zunächst nimmt das Gerät 171 an, daß N = N1. Das Gerät 1οδ beginnt die Berechnung mit η = 1, so daß P.,_s, T,_1S, N, T_RH abgeleitet werden. Die Wärmespannung zu dem Zeitpunkt η =

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wird durch die Blöcke 1o7 bis 111 berechnet. Der von den Blöcken 1o7 bis 111 ausgeführte Berechnungsgang ist dem anhand des Gerätes 161 beschriebenen identisch.

Das Gerät 173 vergleicht die Wärmespannung zum Zeitpunkt, zu dem N = N1 und η = 1 mit der Grenzspannung 6f . Wenn die Wärmespannung niedriger als die Grenzspannung ist, beurteilt das Gerät zum Feststellen des Ablaufs der Vorausbestimmungszeit, ob nt, = t oder nicht. Wenn bestätigt wird, daß nr, kleiner als die Vorausberechnungs zeit t_p ist, wird die Berechnung zum Gerät 172 zurückgeführt. Das Gerät 172 führt dann die Vorausberechnung der Wärmespannung aus, wobei für η = 2 verwendet wird, d. h. die erwartete Wärmespannung stellt sich zum Zeitpunkt t = 2X. ein. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Grenzspannung von der vorausberechneten Spannung überschritten wird.

Nimmt man an, daß die Wärmespannung, die für N = N1 vorausberechnet worden ist und daß vom Gerät 173 ermittelt wird, daß für η = 3 die Grenzspannung überschritten wird, wird die Berechnung zum Gerät 171 zurückgeführt. Das Gerät 171 nimmt dann die Drehzahlerhöhung N2 an, die der größten N1 am nächsten ist. Das Gerät 1o6 setzt wieder η = 1. Die Wärmespannung für die Drehzahlerhöhung N2 und den Zeitpunkt t+T.. wird in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben berechnet. Das Gerät 17o führt den vorstehenden Berechnungszyklus wiederholt aus. Wenn bestätigt wird, daß die Grenzspannung von der vorausberechneten Spannung nicht überschritten wird, bis die Zeit η Ej gleich oder langer als t für eine bestimmte Drehzahlerhöhung, beispielsweise Nx wird, wird die wiederholte Berechnung durch den Block 174 unterbrochen und der weitere Prozeß zum Gerät 164 zur Beurteilung der kritischen Drehzahl weitergeleitet. Das heißt, daß der Drehzahlerhöhungswert, wie er vom Gerät erhalten wird, als maximal zulässige Drehzahlerhöhung verwendet wird» Die Drehzahlerhöhung der Turbine wird auf Null

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gehalten, wenn keiner der Drehzählerhöhungswerte die Wärmespannung gibt, die die Grenzspannung während der ganzen Länge der Vorausberechnungszeit nicht überschreitet.

Die beschriebene Funktion des Gerätes 17o wird anhand von Fig. 8 näher erläutert. Diese Funktion wird während der Drehzahlerhöhung (t -t..) ausgeführt. Nimmt man an, daß n^ = Χ,/ Ύ* - 3 und daß die Zeitlänge "£ 1 min ist, wird die Operation des Gerätes 17o einmal alle 3 min ausgeführt. Wie jedoch anhand der Figuren 6 und 7 erläutert wurde, ist es erforderlich, die Vorausberechnungszeit t_p zu ändern, wenn die Turbinendrehzahl N auf eine Drehzahl No zu einem Zeitpunkt ti erhöht worden ist. In diesem Fall wirkt das Gerät 17o wie folgt: Die Operation des Gerätes wird auch in diesem Fall einmal alle 3. min ausgeführt. Zunächst setzt das Gerät 171 die Drehzahlerhöhung N auf Null Upm/rmn und setzt die Last L auf einen Wert, der dem der Anfangslast entspricht. Das Gerät 1o6 berechnet dann die Werte von T₁₅₃ (t+n ^₁) , T_11n (t+n ZT₁) und P^it+nZ^) , v/obei η und N auf Eins bzw. No gesetzt v/erden. Die Blöcke 1o7 bis 111 führen die gleichen Funktionen wie vorher beschrieben aus. Das Gerät 173 vergleicht die vorausberechnete Wärmespannung 6" für η = 1 mit der Grenzspannung O'_ und gibt den weiteren Prozeß zum Block 174, wenn die Wärmespannung 6~ kleiner als die Grenzspannung 6_r ist. Gleichzeitig wird der Prozeß zum Block 172 zurückgegeben, wenn η 'ζ nicht größer als t_p ist.

Der Block 172 wiederholt die gleiche Operation, wobei die Zahl η auf n+1 gesetzt wird» Während dieser wiederholten Operation wird der Prozeß zum Block 164 gegeben, wenn die vorausberechnete Spannung d größer als die Grenzspannung o"_L im Block 173 wird. Nach dem Erreichen der Turbinennenndrehzahl unterscheidet sich der Prozeß in diesem Punkt von dem des Drehzahlerhöhungsmodus. Wenn die Grenzspannung öl

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von der vorausberechneten Spannung ο überschritten wird, ehe die Vorausberechnungszeit erreicht ist, wird die Funktion des Gerätes 17o zu einem Zeitpunkt nach n_ ausgehend von einem Zeitpunkt erneut gestartet, zu welchem die vorausberechnete Spannung die Grenzspannung überschreitet.

Somit gibt das Gerät 174 eine Erlaubnisinstruktion für das Schließen des Trennschalters an das Gerät 14 zum Schließen des Trennschalters, wenn bestätigt ist, daß die Grenzspannung oL durch die zukünftige Spannung ό~ während des VorausberachnungsZeitraums t_p, ausgehend vom vorliegenden Zeitpunkt, nicht überschritten wird.

Das Gerät 164 zur Beurteilung der kritischen Drehzahl stellt fest, ob die vorliegende Turbinendrehzahl innerhalb des Bereichs der kritischen Drehzahl liegt oder nicht. Das Ergebnis dieser Entscheidung hat eine wesentliche Bedeutung in der darauffolgenden Bestimmung der optimalen Dreh ζ ah!erhöhung.

Das Gerät 165 zum Bestimmen der optimalen Drehzahlerhöhung hat die Funktion, die maximal zulässige Drehzahlerhöhung, wie sie vom Gerät 17o zum Sondieren der maximalen Drehzahlerhöhung sondiert worden ist, in dem Regler Io zu setzen. Wenn jedoch vom Gerät 164 entschieden wird, daß die vorhandene Turbinendrehzahl innerhalb des Bereichs der kritischen Drehzahl liegt, ändert dieses Gerät 165 die Drehzahlerhöhung nicht, sondern instruiert statt dessen den Regler, die vorhandene Drehzahlerhöhung beizubehalten. Weiterhin ist dieses Gerät geeignet, die vorhandene Turbinendrehzahl beizubehalten, unabhängig vom Ergebnis der Sondierung der maximal zulässigen Drehzahlerhöhung, wenn vom Gerät. 163 entschieden wird, daß die vorhandene Spannung größer als die Grenzspannung wird. Auch im letzteren Fall instruiert jedoch das Gerät 165, die vorliegende Drehzahlerhöhung

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beizubehalten, wenn die vorhandene Turbinendrehzahl innerhalb des Bereiches der kritischen Drehzahl liegt. Die Drehzahlerhöhung N wird nach dem Zeitpunkt t.. auf Null gesetzt, in welchem die Turbinennenndrehzahl erreicht ist.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, wird die Einstellung bzw. das Setzen der optimalen Drehzahlerhöhung im Regler 1o einmal alle n-r.. ausgeführt, während die vorliegende Spannung einmal in jedem Zeitraum X. erfolgt. Da die'"vorliegende Turbinendrehzahl beibehalten wird, wenn sich herausstellt, daß die vorliegende Spannung die Grenzspannung überschreitet, kann die Turbine ziemlich sicher auch dann beschleunigt werden, wenn der Dampfzustand am Turbineneinlaß infolge einer Störung oder aus einem ähnlichen Grund verändert werden sollte, der zum Zeitpunkt der Vorausberechnung nicht erwartet werden konnte.

Wenn der Trennschalter 16 geschlossen ist, um eine Anfangslast an die Turbine auf den Abschluß der Beschleunigung folgend anzulegen, wird der Operationsmodus von dem Drehzahlsteuersystem 16o auf das Laststeuersystem 14o umgeschaltet.

Die Arbeitsweise".des Steuersystems im geschlossenen Zustand des Trennschalters, d. h. die Funktionen der Geräte, die zu dem Laststeuerungssystem 14o gehören, werden im folgenden erläutert.

Die Funktionen des Gerätes 141 zum Berechnen der vorliegenden Spannung, des Gerätes 142 zum Prüfen des vorliegenden Spannungswertes, des Gerätes 143 zum Beurteilen des Berechnungsmodus und des Gerätes 15o zum Sondieren der maximalen Laständerung sind im wesentlichen identisch zu denen der Geräte 161, 162, 163 und 17o des Drehzahlsteuersystems 16o. Der Unterschied zwischen diesen Systemen beruht nur

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- 6ο -

darauf, daß sich das System 160 mit der Drehzahlerhöhung befaßt, während das System 14o sich mit der Laständerung befaßt. Aus diesem Grund kann eine ins einzelne gehende Beschreibung der Funktionen dieser Geräte entfallen. Die Beschreibung des Laststeuersystems kann auf die Unterschiede gerichtet werden.

Das Gerät 151 für die Annahme einer Laständerung im Gerät 15o für die Sondierung der maximalen Laständerung ist so ausgelegt, daß es eine Vielzahl von im voraus erzeugten positiven Laständerungen einzeln von der größten zu kleineren Änderungen annimmt, wenn der Lastbefehl L_n die Erhöhung der Abgabeleistung erfordert. Wenn im Gegensatz dazu der Lastbefehl die Reduzierung der Abgabeleistung fordert, wählt das Gerät 151 nacheinander negative Laständerungen, ausgehend von der mit dem größten Absolutwert zu denen mit kleineren Absolutwerten.

Dann wird der Dampfzustand zu einem Zeitpunkt n-£, nach dem vorliegenden Zeitpunkt durch das Gerät I06 berechnet. Die Berechnung erfolgt nach den folgenden Gleichungen im Gegensatz zur Berechnung im Drehzahlsteuersystem I60:

^PMS^(t+nV ^{= P}MS^{(t) + (}-ST^{} L η/ζ}1 ^(2S)

¥S
^TMS^{(t) + (}^£T ^{L nT}1 ^(3O)

T^t) + (-ggä) _L Hr₁ (31)

In diesen Gleichungen sind die Faktoren dP /dL, dT /dL und DT„„/dL die Werte, die in dem Erfassungsgerät 1o4 für

KrI .

die Dampfzustandsänderung erfaßt worden sind. L bezeichnet die Laständerung, wie sie von dem Gerät 151 angenommen ist. Die Werte von T,,_c, P.._a und T_ntI zum Zeitpunkt n"£ nach dem vorliegenden Zeitpunkt werden entsprechend den

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vorstehenden Gleichungen berechnet. Dann wird mit dem Block 1o7 der Dampfzustand hinter der ersten Stufe berechnet, wobei die vorstehend berechneten Werte benutzt werden.

Die maximale Laständerung wird also vom Gerät 15o berechnet. Die Geräte im Gerät 152 außer den Geräten 1o6 und 1o7 und die Funktionen der Geräte 153, 152 werden nicht näher erläutert, da sie zu denen des Drehzahlsteuersystems genau identisch sind.

Das Gerät 144 zur Bestimmung der optimalen Laständerung hat zwei Funktionen. Eine dieser Funktionen besteht darin, in dem automatischen Lastregler _r im folgenden ALR 7 bezeichnet, die maximale Laständerung einzustellen, wie sie von dem Gerät 15o zum Sondieren der maximalen Laständerung sondiert worden ist, und diese Änderung zu korrigieren. Wenn festgestellt wird, daß die vorhanden Spannung die Grenzspannung auf der Mitte von T₂ überschreitet, instruiert dies gleichzeitig den ALR, die vorliegende Last beizubehalten. Somit ist die erste Funktion die gleiche Funktion sie beim Drehzahlsteuersystem.

Die zweite Funktion ist eine lastbegrenzende Funktion, die eine obere Lastgrenze entsprechend dem Dampfzustand zieht. Diese Funktion dient zum Schutz der Endstufenblätter der Niederdruckturbirie gegenüber einer Errosion, die auftreten würde, wenn eine große Last an der Turbine anliegt, wenn die Hauptdampftemperatur und die Zwischenerhitzungsdampf temperatur niedrig ist.

Diese zweite Funktion besteht darin, die vorliegende Last beizubehalten, wenn nicht die Hauptdampf teinperatur und die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes höher liegen als die unteren Grenzen für diese Temperaturen, die entsprechend der Grenze des Wassergehaltes in der Endstufe

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der Niederdruckturbine festgelegt werden, wie dies in den Figuren 14 und 15 gezeigt ist.

So zeigt insbesondere Fig. 14 die Lastbegrenzungsfunktion durch die Hauptdampftemperatur T , wobei die vorhandene Last beibehalten wird, wenn die Hauptdampftemperatur nicht höher als die untere Grenze Τ_ΜςΊ- ist, die sich abhängig von dem Druck P „ ändert. In gleicher Weise zeigt Fig. 15 die Lastbegrenzungsfunktion durch die Temperatur T_n„ des

KtI

zwischenüberhitzten Dampfes, wobei die vorhandene Last beibehalten wird, wenn nicht die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes höher als die untere Grenze T _T ist, die sich abhängig von dem Lastwert L ändert.

Im folgenden wird das Gerät 145 zur Erzeugung des Sondierungssignals erläutert. Dieses Gerät verwendet ein Verfahren zur Vorausberechnung der Dampfzustandsänderung, bei welchem der zukünftige Wert durch den Block 1o6 auf der Basis der Dampfzustandsänderung vorausberechnet wird, die vom Gerät 1o4 in der anhand von Fig. 9 beschriebenen Weise erfaßt wird. Wie aus den Gleichungen 8, 9 und 1o zu ersehen ist, wird jedoch eine größere Dampfzustandsänderung als die normale erfaßt und gespeichert, wenn der Dampfzustand infolge einer Störung an der Kesselsteuerung sich im Verlauf des Erfassens durch das Gerät 1o4 abrupt ändert. In diesem Fall wird die Spannung vorausberechnet, die viel größer ist als die tatsächliche zukünftige Spannung, so daß der vorliegende Wert der Last unverändert gehalten wird, trotzdem die tatsächliche Spannung viel kleiner ist als die Grenzspannung. Dies kann zu einer Störung eines glatten Lastanstiegs führen.

Diese Situation v/ird im einzelnen anhand von Fig. 16 beschrieben. Fig. 16a zeigt die Steuerzyklen des Steuersystems gemäß der Erfindung. Die Bestimmung der Änderung

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wird einmal alle η Steuerzyklen ausgeführt, wobei η beispielsweise 3 sein kann. Die Zeitabstimmung, bei welcher die vorausberechnende Steuerung erfolgt, ist mit einem oberen Punkt markiert. Bei den Steuerzyklen, dLe nicht mit dem Punkt oben markiert sind, wird nur die Überwachung der vorliegenden Wärmespannung durchgeführt. Fig. 16b zeigt die Änderung der Hauptdampftemperatür T als Faktor des Dampfzustands. Es sei angenommen, daß die Hauptdampftemperatur T_MS sich im Verlauf der Steuerung, wie dargestellt, abrupt steigert.

Zu einem Zeitpunkt t wird die Vorausberechnung der Wärmespannung auf der Basis des zukünftigen Dampfzustands ausgeführt, wie er durch die Gleichungen (29) bis (31) erhalten wird. Die Vierte dT„_/dL, dT-^/dL und dP^/dL,

jyifa s\ti Mb

wie sie entsprechend den Gleichungen (8), (9) und (1o) erfaßt sind, werden bei dieser Spannungsvorausberechnung verwendet. Wie aus Fig. 16b jedoch zu ersehen ist, nimmt die Änderung dT_Mg = ^_MS(t) - T_MS(t- η T₁) übergangsweise einen großen Wert an. Insbesondere, wenn die Zahl η auf 4 gesetzt wird, stellt man einen Gradienten, der inhärent θ^ ist, als ©₂ fest. Somit wird die Wärmespannung, die mittels der Dampfzustandsinformation vorausberechnet wird, welche zum Zeitpunkt der abrupten Erhöhung des Dampfzustandes erhalten wird, unvermeidbar unpraktisch groß.

In diesem Fall kann, wie in Fig. 16c gezeigt ist, keiner der Drehzahlerhöhungswerte N eine vorausberechnete Spannung ergeben, die kleiner als die Grenzspannung ist. Demzufolge muß die Turbine zu einem Zeitpunkt t+3"j^ mittels der Instruktion betrieben werden, die Drehzahlsteigerung auf Null zu halten. Dies ist im Gegensatz zu den Erfordernissen des Turbinenanlaufs in einer minimal zulässigen Zeit.

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Das Gerät 145 zum Erzeugen des Sondierungssignal erzeugt ein Sondierungssignal L„„_, um einenNacheilung des Anlaufs

£iÄK

zu vermeiden. Das Gerät 1o4 für das Erfassen der Dampfzustandsänderung wird durch das Ergebnis dieser Sondierung korrigiert.

Die Beschreibung dieser Korrekturfunktion wurde anfangs in der Beschreibung der Funktion des Gerätes 1o4 vernachlässigt, um die Erfindung leichter verständlich zu inachen. Diese Korrekturfunktion wird im folgenden erläutert.

Wie aus Fig. 16d zu ersehen ist, bezeichnet in Symbol Lt die maximale Laständerung, wie sie durch die Vorausberechnung der zukünftigen Wärmespannung erhalten wird. Das Sondierungssignal L wird dem Signal Lt überlagert. Dies erfolgt nur für einen kurzen Zeitraum von T".. vom Zeitpunkt der Vorausberechnung an, da die Überlagerung während einer langen Zeit eine Störung verursachen würde. Der Wert des Sondierungssignals wird folgendermaßen bestimmt :

Von den Werten, die durch Normalisieren der vorliegenden Spannungen an den Rotoroberflächen und Bohrungen der Hochdruck- und Zwischendruckturbine durch die jeweiligen Grenzspannungen erhalten werden, ist diejenige mit größtem Absolutwert als tf definiert.

Somit wird der Wert ÖL·^ durch die folgende Gleichung (32) gegeben:

(⁶HSi I⁶ISl I⁶HBt I⁶I ll IH IJ \

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Darin sind 6^₃, 6^, <5_HS, O₁₅, o_fIB, oT_IB die Grenzspannung für die Rotoroberfläche, die Grenzspannung für die Rotorbohrung, die Spannung in der Hochdruckturbinenrotoroberflache, die Spannung in der Zwischendrucktur^ binenrotoroberflache, die Spannung in der Hachdruckturbinenrotorbohrung und die Spannung in der Zwischendruckturbinenrotorbohrung.

Die Gleichung (32) dient zur Auswahl der vorliegenden Spannung aus vier vorliegenden Spannungen, welche den kleinsten Spielraum bezüglich der Grenzspannung hat. Die Größe des Sondierungssignals L„_vn wird entsprechend dem Wert 6_m in der in Fig. 17 gezeigten Weise bestimmt. Je kleiner der Spielraum der Spannung wird, d. h. je näher an Eins cL_M liegt, desto kleiner wird die Größe des Sondierungssignals L₀ gemacht.

Das Gerät 1o4 berechnet, wie die Werte von T_Mg* P_MS und T „ als Ergebnis der Überlagerung des Signals ^L _EXn geändert werden und, korrigiert die Gleichungen (8\, (9) und (1o), entsprechend dem Ergebnis der Berechnung. Während der Berechnung werden die Änderungen der Dampfzustände, die dem Sondierungssignal L_n, _ zuzurechnen sind, durch dT_MS/dL_EX , DT^/dL^ und dP^/dL^ gegeben. Die Änderung dL des 'Sondierungssignals entsprecht dem Produkt von

• EX ·

L und ¹V*. Um nur die von L verursachte Änderung, beispielsweise dT_M£,/dL„,, zu extrahieren, wird die folgende Maßnahme ergriffen. Die Änderung des Dampfzustandes ^dTMS ^{wird als} dieferenz ^dTMs^1* " ^dTMS^^r2* ^2wischen Änderungsbetrag dT (^₁) der Temperatur T im Zeitraum -Cj beginnend von einem Zeitpunkt t - 3 t- und dem gleichen dT (£„) in dem nächsten Zeitraum t. erhalten.

Die Korrektur erfolgt nach folgender Gleichung:

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- 66 -dT_MC dT_MC dT,._

Ψ ■ ^ß <nr!> ^{+ (1}-^β) 'τϊγ' ⁽³³⁾

EX

In dieser Gleichung ist ß ein Korrekturgewichtsfaktor, der durch 1 -^ ß ^" 0 festgelegt ist. Ähnliche Korrekturen werden für d\t' /dL und dP.„/dL gemacht.

In Gleichung (33) wird der Term , der das Ergebnis des Erfassens der Gleichungen (8), (9) und (1o) aufweist, mit 1-ß multipliziert. Auch wenn das Ergebnis des Erfassens durch die Gleichungen (8), (9) und (1o) die Komponente einschließt, die der abrupten Steigerung des Dampfzustandes entspricht, wird diese Komponente zweckmäßigerweise infolge des Vorhandenseins des Faktors 1-ß reduziert, so daß die Wärmespannungsvorausrechnung für den Zeitpunkt t+3 £j gemacht v/erden kann, ohne daß eine Störung der erforderlichen Lasterhöhung verursacht wird. Gemäß Fig. 16c ändert sich die Wärmespannung, wie sie durch den korrigierten Wert dT /dL erhalten wird,den gestrichelten Linien folgend, so daß die Laständerung niemals Null wird. Demzufolge wird ein unerwünschtes überziehen oder Nacheilen der Laständerung während eines langen Zeitraums vollständig verhindert.

Nach dem Schließen des Trennschalters, während die Last an der Turbine noch niedrig ist, wird das Ansprechen des Dampfzustandes am Turbineneinlaß für eine Steigerung der Last, insbesondere das Ansteigen der Kennlinie der Temperatur des zwischenerhitzten Dampfes stark variiert. Vor allem ändert sich die Zeitkonstante für den Temperaturanstieg stark.

Um einen wirksamen Gebrauch von dem Ergebnis des Erfassens der Dampfzustandsänderung auch in einem solchen Zustand machen zu können, ist es erforderlich, die Periode des Signals zu korrigieren, welche in dem ALR entsprechend

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der Änderung der Zeitkonstante setzt. Für diesen Zweck wird das Gerät 143 für die Beurteilung des Berechnungsmodus des Laststeuersystems 14o so ausgelegt, daß es eine Funktion hat, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist. Das Gerät zum Sondieren der maximalen Laständerung wird gestartet/ nachdem es das Ansprechverhalten des Dampfzustandes, welches eine große Zeitkonstante hat, durch Setzen der Periode der Sondierung der maximalen Laständerung auf größer als ηί. genau erfaßt, insbesondere auf den leichten Lastbereich des Turbinenbetriebs.

Erfindungsgemäß werden folgende Vorteile erhalten:

1} Die Werte für die Turbinendrehzahlerhöhung und Lasterhöhung werden durch eine Vorausberechnung der zukünftigen Rotorbeanspruchung, basierend auf der Vorausberechnung des Dampfzustandes am Turbineneinlaß optimiert. Dies erlaubt einen sicheren Anlauf und einen sicheren Lastlauf der Turbine, der wirksam und zuverlässig der maximal zulässigen Spannung folgt, d. h. der Grenzspannung. Außerdem trägt dies zur Reduzierung der Anlaufzeit auf ein Minimum und zum Verbessern der Lastnachlaufeigenschaft der Turbine bei.

2) Die am Steuerkomputer anliegende Last wird merklich reduziert, da Arten und Beträge der durch On-line-Betrieb zu behandelnden Informationen reduziert sind. Da die vorliegende Spannung berücksichtigt wird, kann die Spannungssteuerung zusätzlich in stabiler Weise ausgeführt werden. Dementsprechend kann die Turbine mit verbesserter Betriebssicherheit gesteuert werden.

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Le

erseite

Claims (1)

1. PAfEiXlTANWALTE

   SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINSHAUS FlNCK

   MARIAHILFPLATZ 2 St 3, MÜNCHEN 9O
   POSTADRESSE: POSTFACH 95 01 6O, D-8000 MÖNCHEN 95 2 8 3 3 2 7

   Patentansprüche

   Rotor spannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden
   Anlage mit einer Quelle eines Arbeitsfluids', einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des Arbeitsfluids, das von der Quelle erzeugt wird, einer Turbine, die von dem Arbeitsfluid angetrieben wird_;und einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, wobei
   das Steuersystem so ausgelegt ist, daß es die Spannung, die in der Turbine infolge einer Änderung des Zustande des Arbeitsfluids verursacht wird, berechnet und den
   Betrieb der Turbine entsprechend der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zum Setzen einer Vielzahl von Änderungswerten des Laufzustandes der Turbine, durch eine
   zweite Einrichtung zum Vorausberechnen der Spannung,
   die am Turbinenrotor während einer vorherbestimmten
   Vorausberechnungszeit unter der Annahme erwartet wird, daß die Turbine bei den sich ändernden Werten betrieben wird, und durch eine dritte Einrichtung zum Wählen des maximalen Änderungswertes, der ein Überschreiten einer Grenzspannung durch die vorausberechnete Spannung
   nicht verursacht, wobei die Turbine entsprechend dem
   Ausgangssignal der dritten Einrichtung gesteuert wird.

   2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vierte Einrichtung zum Berechnen und beobachten der Spannung in dem Turbinenrotor bei jedem Steuerzyklus, wobei die Funktionen der ersten, zweiten und dritten Einrichtung einmal alle n_-Steuerzyklen
   ausgeführt werden.

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   3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielzahl der Änderungswerte eine Vielzahl von Drehzahländerungsv/erten im unbelasteten Laufzustand der Turbine ist , wobei die zweite Einrichtung für die Vorausberechnung der zukünftigen Spannung für die aufeinanderfolgenden Drehzahländerungswerte vom größten zum kleineren hin ausgelegt ist, während die dritte Einrichtung die Drehzahländerung als Ausgangssignal abgibt, für die als erste bestätigt worden ist, daß keine zukünftige Spannung die Grenzspannung überschreitet.

   4. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichne.t, daß die Vielzahl der Änderungswerte eine Vielzahl von Drehzahländerungswerten im unbelasteten Laufzustand der Turbine ist , wobei die zweite Einrichtung für die Vorausberechnung der zukünftigen Spannung für die aufeinanderfolgenden Drehzahländerungswerte vom größten zum kleineren hin ausgelegt ist, während die dritte Einrichtung die Drehzahländerung als Ausgangssignal abgibt, für die als erste bestätigt worden ist, daß keine zukünftige Spannung die Grenzspannung überschreitet.

   5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielzahl von Änderungswerten eine Vielzahl von positiven und negativen Laständerungswerten im belasteten Laufzustand der Turbine ist , wobei die zweite Einrichtung so ausgelegt ist, daß sie die Vorausberechnung der zukünftigen Spannung für die folgenden positiven Laständeruhgswerte ausgehend vom größten zum kleineren hin, wenn der Wert des Lastbedarfes an der Energiestation höher ist als der der vorhandenen Last, und für aufeinanderfolgende negative Laständerungswerte von dem mit dem größten Absolutwert zu denen mit den kleineren Absolut-

   809886/1 DOS

   werten hin ausführt, wenn der Wert des Lastbedarfes niedriger als der der vorliegenden Last ist, wobei die dritte Einrichtung den Laständerungswert abgibt, für den zum ersten Mal bestätigt ist, daß die zukünftige Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet.

   6. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielzahl von Änderungswerten eine Vielzahl von positiven und negativen Laständerungswerten im belasteten Laufzustand der Turbine ist , wobei die zweite Einrichtung so ausgelegt ist, daß sie die Vorausberechnung der zukünftigen Spannung für die folgenden positiven Laständerungswerte ausgehend vom größten zum kleineren hin, wenn der Wert des Lastbedarfes an der Energiestation höher ist als der der vorhanden Last, und für aufeinanderfolgende negative Laständerungswerte von dem mit dem größten Absolutwert zu denen mit den kleineren Absolutwerten hin ausführt, wenn der Wert des Lastbedarfes niedriger als der der vorliegenden Last ist, wobei die dritte Einrichtung den Laständerungswert abgibt, für den zum ersten Mal bestätigt ist, daß die zukünftige Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet.

   7. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle eines Arbeitsfluids, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des Arbeitsfluids, das von der Quelle erzeugt wird, einer Turbine, die von dem Arbeitsfluid angetrieben wird, und einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, wobei das Steuersystem so ausgelegt ist, daß es die Spannung, die in der Turbine infolge einer Änderung des Zustands des Arbeitsfluids verursacht wird, berechnet und den Betrieb der Turbine entsprechend der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch einen

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   - 4 - 283327?

   ersten Steuerabschnitt mit einer ersten Einrichtung zum Setzen einer Vielzahl von Änderungswerten des Laufzustands der Turbine, mit einer zweiten Einrichtung zum Vorausberechnen der Spannung, die im Turbinenrotor während einer vorher festgelegten Vorausbestimmungszeit unter der Annahme erwartet wird, daß die Turbine bei sich ändernden Werten betrieben wird, und mit einer dritten Einrichtung zum Wählen des maximalen Änderungswertes, bei welchem die vorausberechnete Spannung die Grenzspannung nicht übersteigt, wobei der erste Steuerabschnitt die Operation einmal alle n_-Steuerzyklen ausführt, und durch einen zweiten Steuerabschnitt zum Berechnen der vorliegenden Spannung im Turbinenrotor, zum Überwachen dieser Spannung bei jedem Steuerzyklus und zum Steuern der Turbine.mittels des von der dritten Einrichtung abgeleiteten Ausgangssignals, wobei im ersten Steuerabschnitt die Änderungswerte des Laufzustandes eine Vielzahl von Drehzahländerungswerten im Falle des unbelasteten Laufs der Turbine ist , die zweite Einrichtung die zukünftige Spannung für die aufeinanderfolgenden Drehzahländerungswerte vom größten zum kleineren hin vorausberechnet, während die dritte Einrichtung die Drehzahländerung liefert, für die zum ersten Mal bestätigt wird, daß die zukünftige Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet, während die Änderungswerte des Laufzustandes eine Vielzahl von positiven und negativen Laständerungswerten im belasteten Laufzustand der Turbine ist, die zweite Einrichtung eine Vorausberechnung der zukünftigen Spannung für die aufeinanderfolgenden positiven Laständerungswerte vom größten zu dem kleineren hin, wenn der Wert der Lastanforderung an die Energieanlage höher als die vorhandene Last ist, und für die aufeinanderfolgenden negativen Laständerungswerte von dem größten Absolutwert zu den kleineren Absolutwerten hin ausführt, wenn der· Wert des Lastbedarfes niedriger als der der vorhandenen Last ist, während die dritte Einrichtung den Laständerungswert

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   liefert, für den das erste Mal bestätigt wird, daß die zukünftige Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet. .

   8. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle eines Arbeitsfluids, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des Arbeitsfluids, das von der Quelle erzeugt wird, einer Turbine, die von dem Arbeitsfluid angetrieben wird,und einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, wobei das Steuersystem so ausgelegt ist, daß es die Spannung, die in der Turbine infolge einer Änderung des Zustands des Arbeitsfluids verursacht wird, berechnet und den

   . Betrieb der Turbine entsprechend der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch einen ersten Steuerabschnitt mit einer ersten Einrichtung zum Einstellen einer Vielzahl von Änderungswerten entsprechend dem Laufzustand der Turbine, mit einer zweiten Einrichtung zum Vorausberechnen der Spannung, die im Turbinenrotor während einer vorherbestimmten Vorausberechnungszeit unter der Annahme erwartet wird, daß die Turbine mit den Änderungswerten betrieben wird, und mit· einer dritten Einrichtung zum Wählen des maximalen Änderungswertes, bei welchem die vorausberechnete Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet, wobei der erste Steuerabschnitt die Operation einmal alle n,_- Steuerzyklen ausführt, durch einen zweiten Steuerabschnitt zum Berechnen der vorhandenen Spannung in dem Turbinenrotor und zum überwachen der Spannung bei .jedem Steuerzyklus, wobei das Steuersystem die Turbine mittels des Ausgangssignals aus der dritten Einrichtung steuert, und ferner dadurch gekennzeichnet , daß der Änderungswert, der das Ausgangssignal aus der dritten Einrichtung ist, im wesentlichen auf Null reduziert wird, wenn vom zweiten Steuerabschnitt entschieden wird, daß die vorliegende Spannung größer als die Grenzspannung ist.

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   9. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Anderungswerte des Laufzustandes der Turbine die Drehzahländerungswerte im Falle des unbelasteten Laufs der Turbine sind.

   1ο. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet / daß die Änderungswerte des Laufzustandes der Turbine die Laständerungswerte im Falle des belasteten Laufs der Turbine sind.

   11. Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der vorliegende Drehzahländerungswert aufrechterhalten wird, unabhängig von der vorliegenden Spannung, die von dem zweiten Steuerabschnitt berechnet worden ist, wenn die Turbinendrehzahl bei dem vorliegenden SteuerZyklus innerhalb.des Bereichs der kritischen Drehzahl der Turbine liegt.

   12. Steuersystem nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet , daß der Laständerungswert, der von der dritten Einrichtung abgeleitet wird, im wesentlichen auf Null reduziert wird, wenn die Temperatur des Arbeitsfluids die untere Grenztemperatur des Arbeitsfluids unterschreitet, die durch die Dampfnässe für die Schaufeln der letzten Stufe der Turbine festgelegt ist.

   13. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem für eine Energie erzeugende Anlage mit einer Arbeitsfluidquelle, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des von der Quelle erzeugten Arbeitsfluids, mit einer von dem Arbeitsfluid angetriebenen Turbine, mit einem mit der Turbine mechanisch verbundenen Synchrongenerator und mit einem elektrisch zwischen den Synchrongenerator und das externe Leistungsnetz geschalteten Trennschalter, wobei das Steuersystem

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   die Spannung in der Turbine infolge der Änderung des Zustands des Arbeitsfluids berechnet und die Arbeitsweise der Turbine entsprechend der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch eine fünfte Einrichtung für die Abgabe eines Signals entsprechend der Anfangslast, die an der Turbine durch Schließen des Trennschalters zu einem Zeitpunkt anliegen würde, wenn die Turbinendrehzahl wesentlich zur Nenndrehzahl erhöht wird, durch eine sechste Einrichtung zum Vorausberechnen der zukünftigen Wärmespannung, die im Turbinenrotor durch Anwendung des Signals erwartet wird, welches der Anfangslast durch die fünfte Einrichtung während einer vorgegebenen Vorausberechnungszeit entspricht, durch eine siebte Einrichtung zum Entscheiden, ob die·zukünftige, von der sechsten Einrichtung vorausberechnete Spannung eine vorgegebene Grenzspannung überschreitet, und durch eine achte Einrichtung zum Liefern einer Erlaubnisinstruktion zum Schließen des Trennschalters, wenn von der siebten Einrichtung entschieden wird, daß die Grenzspanhung von der vorausberechneten zukünftigen Spannung nicht überschritten wird, wobei der Trennschalter nur dann geschlossen wird, wenn eine Vielzahl von Forderungen einschließlich der Verfügbarkeit der Erlaubnisinstruktion zum Schließen des Trenn- ' schalters gleichzeitig erreicht wird.

   14. Steuersystem nach Anspruch 13, wobei die Turbine aus einer von einem Hauptdampf angetriebenen Hochdrückturbine und einer von zwischenerhitztem Dampf angetriebenen Zwischendruckturbine besteht und die Wärmeenergiezufuhr zu der Quelle für das die Turbinen antreibende Arbeitsfluid zum Zeitpunkt des Schließens des Trennschalters erhöht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorausberechnungszeit, während der die Spannungsvorausberechnung durch die sechste Einrichtung ausgeführt wird, entsprechend der Differenz

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   zwischen der Temperatur des Hauptstroms und der Temperatur des zwischenerhitzten Dampfes variabel ist.

   15. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem für eine Energie erzeugende Anlage mit einer Arbeitsfluidquelle, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des von der Quelle erzeugten Arbeitsfluids, mit einer von dem Arbeitsfluid angetriebenen Turbine, mit einem mit der Turbine mechanisch verbundenen Synchrongenerator und mit einem elektrisch zwischen den Synchrongenerator und das enterne Leistungsnetz geschalteten Trennschalter, wobei das Steuersystem die Spannung in der Turbine infolge der Änderung des Zusfcands des Arbeitsfluids berechnet und die Arbeitsweise der Turbine entsprechend der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch einen ersten Steuarabschnitt mit einer ersten Einrichtung zum Setzen einer Vielzahl von Änderungswerten entsprechend dem Laufzustand der Turbine, durch eine zweite Einrichtung für die Vorausberechnung der Spannung, die im Turbinenrotor während der im voraus festgelegten Vorausberechnungszeit unter der Annahme erwartet wird, daß die Turbine mit den Änderungswerten betrieben wird, und .durch eine dritte Einrichtung zum Wählen des maximalen Änderungswertes, bei dem die vorausberechnete Spannung die Grenzspannung nicht überschreitet, wobei der erste Steuerabschnitt die Operation in einer vorher festgelegten Steuerperiode ausführt, und durch einen dritten Steuerabschnitt mit einer fünften Einrichtung zum Abgeben eines Signals, wenn die Turbinendrehzahl wesentlich zu der Nenndrehzahl erhöht wird, das der Anfangslast entspricht, die an die Turbine durch ein Schließen eines Trennschalters angelegt würde, mit einer sechsten Einrichtung zum Vorausberechnen der zukünftigen Wärmespannung, die in der Turbine durch die Anfangslast nach Empfang des Signals von der fünften Einrichtung während

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   einer zweiten Vorausberechnungszeit erwartet wird, mit einer siebten Einrichtung zum Entscheiden, ob die durch die sechste Einrichtung vorausberechnete Spannung eine vorgegebene Grenzspannung überschreitet, und durch eine achte Einrichtung zum Abgeben einer Erlaubnisinstruktion zum Schließen des Trennschalters, wenn von der siebten Einrichtung entschieden wird, daß die Grenzspannung von der vorausberechneten Spannung nicht überschritten wird, wobei der Trennschalter nur dann schließbar ist, wenn einer Vielzahl von Forderungen einschließlich der Verfügbarkeit der ErlaubnisInstruktion zum Schließen des Trennschalters gleichzeitig genügt wird, und die Anordnung derart ist, daß die Turbine von dem ersten Steuerabschnitt nach dem Schließen des Trennschalters gesteuert wird,und daß die Vorausberechnungszeit zwischen der zweiten Vorausberechnungszeit und der er- sten Vorausberechnungszeit über eine. vorgegebene Zeitperiode geändert wird, die von dem Zeitpunkt ausgeht, an dem die Turbinensteuerung auf den ersten Steuerabschnitt umgeschaltet wird.

   16. Steuersystem nach Anspruch 15, bei welchem die Turbine eine erste Turbine, die einen Hauptstrom als Arbeitsfluid ausnutzt, und eine zweite Turbine aufweist, die zwischenerhitzten Dampf als Arbeitsfluid benutzt, wobei die Wärmeenergiezufuhr zu der Arbeitsfluidquelle zu dem Zeitpunkt des Schließens des Trennschalters erhöht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorausberechnungszeit, während der die Spannungsvorausbestimmung durch die sechste Einrichtung ausgeführt wird, entsprechend der Differenz der Temperaturen des Hauptstroms und des zwischenerhitzten Stroms geändert wird.

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   17. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinenesteuersystem zur Verwendung bei einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle zum Erzeugen eines Arbeitsfluids, mit einem Regelventil zum Regeln des Mengenstroms des Arbeitsfluids, mit einer vom Arbeitsfluid angetriebenen Turbine und mit einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, wobei das Steuersystem die Spannung berechnet, die der Turbine durch die Änderung des Zustands des Arbeitsfluids erwartet wird, und der Betrieb der Turbine unter Berücksichtigung der berechneten Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung im Turbinenrotor durch Berechnen der Anfangstemperaturverteilung im Turbinenrotor unmittelbar nach dem Anlauf der Turbine aus der Differenz zwischen den Temperaturen der inneren und äußeren Oberflächen des Turbinengehäuses an einem Abschnitt des Turbinengehäuses in der Nähe des Abschnittes des Rotors, an welchem die Spannung zu überwachen ist, erhalten wird.

   18. Steuersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die berechnete Spannung im Turbinenrotor mit der Grenzspannung verglichen wird und daß der Wert der Grenzspannung zeitweise abgesenkt wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der inneren und äußeren Oberfläche des Turbinengehäuses größer als eine vorgegebene Temperaturdifferenz ist.

   19. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle zur Erzeugung eines Arbeitsfluids, mit einem Regulierventil zum Regeln des Arbeitsfluidstroms, mit einer vom Arbeitsfluid angetriebenen Turbine und mit einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, x-zobei das Steuersystem die Spannung berechnet, die in der Turbine infolge einer Zustands-

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   änderung des Arbeitsfluids erwartet wird, und den Betrieb der Turbine steuert,- wobei die berechnete Spannung berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Fluiddruck P^₁ in der Turbine hinter der ersten

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   Stufe, der zum Berechnen der Spannung im Turbinenrotor erforderlich ist, durch ein Verfahren berechnet wird, bei welchem eine Last L, die als proportional zum Fluiddruck der Turbine hinter der ersten Stufe angesehen wird, um ein Verhältnis des vorliegenden Turbineneinlaßfluxddrucks P₅ und der entsprechenden Temperatur T , bezogen auf Ρ_Λ._ς und Τ_Μς des Nennzustands> korrigiert wird, so daß man eine korrigierte Last L¹ erhält, die Temperatur Ti des Fluids hinter der ersten Stufe als Funktion der entsprechenden Last L¹ erhalten wird, ein Fluidtemperaturabfall Δ^τ,° über dem Ventil erhalten wird, wenn dieses etwas geöffnet wird, der Drosselfaktor K1 des Ventils erhalten wird, der durch die korrigierte Last L¹ bestimmt ist, ein Temperaturabfallfaktor K2 über der ersten Stufe als Funktion der Turbinendrehzahl N erhalten wird, ein Fluiddruck P- hinter der ersten Stufe entsprechend dem lastfreien Zustand als Funktion der Turbinendrehzahlerhöhung N, der Turbinendrehzahl N und der Temperatur T.._e

   erhalten wird, die Fluidtemperatur 1„. als Funktion von T₁', K1, K2, T und To erhalten wird, und der Fluiddruck P_H1 als Funktion von L und P.. erhalten wird.

   2o. Die Rotorspannung berechnendes Turbxnensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle zum Erzeugen eines Arbeitsfluids, einem Regulierventil zum Regeln des Mengenstroms des Arbeitsfluids, einer von dem Arbeitsfluid angetriebenen Turbine und einem mit der Turbine mechanisch verbundenen Synchrongenerator, wobei das Steuersystem die Spannung berechnet, die in der Turbine infolge der Änderung des Zustands des Arbeitsfluids erwartet wird, und den Betrieb der Turbine unter Berücksichtigung der berechneten Spannung steuert,

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   dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeübergangskoeffizient K der Rotoroberfläche an einem einer
   Labyrinthdichtung gegenüberliegenden Abschnitt des
   Rotors, wobei dieser Koeffizient K einer der wesentlichen Faktoren zum Berechnen der Wärmespannung im Turbinenrotor ist, durch einen Prozeß erhalten wird, zu
   dem die folgenden Schritte gehören: Erhalten des spezifischen Gewichtes %i_STr des kinematischen Koeffizienten der Viskosität V. __ und der Wärmeleitfähigkeit ^. des Fluids aus der Temperatur und dem Druck dss Fluids an
   einem Abschnitt hinter der ersten Stufe der Turbine,
   erhalten des Mengenstroms F„_TTr des Fluidleckens durch

   dJjV

   den Spalt zwischen dem Abschnitt des Rotors und der
   Labyrinthdichtung als Funktion des Drucks, der Temperatur und des spezifischen Gewichtes X _T des Fluids hinter der ersten Stufe der Turbine, erhalten der Strömungsgeschwindigkeit U des Leckfluids durch den Spalt zwischen dem Abschnitt des Rotors und der Labyrinthdichtung als
   Funktion des Mengenstroms F_CTXT und der Turbinendrehzahl N und das Erhalten des Wärmeübertragungskoeffizienten
   K als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit U, des kinematischen Viskositätskoeffizienten ~U und der Wärmeleitfähigkeit

   21. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle zur Erzeugung eines Arbeitsfluids, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des Arbeitsfluids, einer von dem Arbeitsfluid angetriebenen Turbine und
   einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator, wobei das System die Spannung berechnet, die in der Turbine infolge einer Änderung des Zustandes des Arbeitsfluides erwartet wird, und die Turbine unter Berücksichtigung der berechneten Spannung steuert, dadurch gekennzeichnet „ daß der erste Steuerabschnitt eine erste ^Steuereinrichtung mit einer ersten Einrichtung

   zum Setzen eines Änderungswertes des Laufzustandes der Turbine mit einer zweiten Einrichtung zum Vorausberechnen der Spannung während eines Zeitraums η % .. {n=1, 2, 3 ... n) vom vorliegenden Zeitrunkt aus unter der Annahme, daß die Turbine mit dem Änderungswert betätigt wird, wie er von der ersten Einrichtung gesetzt ist, und mit einer dritten Einrichtung zum Wählen des maximalen Änderungswertes, bei welchem die vorausberechnete Spannung die Grenzspannung während des Zeitraums η Ύ.. nicht überschreitet, aufweist, wobei das Ausgangssignal aus der dritten Einrichtung zum Steuern des Betriebs der Turbine verwendet wird, und ferner dadurch gekennzeichnet , daß der Dampfzustand am Turbineneinlaß im Zeitpunkt η T₁ nach dem vorliegenden Zeitpunkt, der für die Vorausberechnung der Spannung durch die zweite Einrichtung wesentlich ist, als das Produkt des Verhältnisses des tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Dampfzustandes am Turbineneinlaß und des tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Laufzustandes der Turbine berechnet wird, wobei das Verhältnis aufgrund der Erfahrung des vorausgehenden Turbinenbetriebs, des Zeitraums η "F₁ und des Änderungswertes des Turbinenlaufzustandes erhalten wird, wie er von der ersten Einrichtung gesetzt wird.

   22. Steuersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Steuerabschnitt seine Operation mit einer vorgegebenen Steuerperiodenwiederholung ausführt und daß das Verhältnis aus dem tatsächlich gemessenen Änderungswertdampfzustandes am Turbineneinlaß und aus dem tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Turbinenlaufzustandes erhalten wird, wenn der tatsächlich gemessene Änderungswert des Turbinenlauf zustandes bei dem vorhergehenden Turbinenbetrieb im wesentlichen Null ist, und zwar durch geeignetes Korregieren durchReduzieren des Verhältnisses,

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   wie es bei dem vorhergehenden Steuerzyklus verwendet wurde.

   23. Steuersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Dampfzustand am Turbineneinlaß die Dampftemperatur und der Dampfdruck am Turbinaneinlaß ist, während der Änderungswert des Turbinenlaufzustands im Falle des unbelasteten Laufs der Turbine der Drehzahländerungswert der Turbine ist.

   24. Steuersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfzustand am Turbineneinlaß die Dampftemperatur und der Dampfdruck am Turbineneinlaß ist, während der Änderungswert des Turbinenlaufzustands im Falle des unbelasteten Laufs der Turbine der Drehzahländerungsv/ert der Turbine ist.

   25. Steuersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Dampfzustand am Turbineneinlaß die Dampftemperatur und der Druck am Turbineneinlaß ist, während der Änderungswert des Turbinanlauf zustands im Falle des belasteten Laufs der Turbine der Laständerungswert der Turbine ist.

   26. Steuersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß der Dampfzustand am Turbineneinlaß der Dampfdruck und die Temperatur am Turbineneinlaß ist und daß der Änderungswert des Turbinenlaufzustandes im Falle des belasteten Laufs der Turbinenlaständerungswert der Turbine ist.

   27. Steuersystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbine mit einem Laständerungswert gesteuert wird, der durch Überlagerung eines korrigierten Laständerungswertes mit dem Laständerungswert erhalten wird, der sich als Ausgang der dritten

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   Einrichtung ergibt, wobei das Verhältnis des tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Turbineneinlaßdampfzustandes zu dem tatsächlich gemessenen Laständerungswert, wie er sich aus dem vorausgehenden Turbinenbetrieb ergibt, korrigiert wird, indem das Verhältnis des tatsächlich gemessenen Wertes des Dampfzustandes am Turbineneinlaß zum korrigierten Laständerungswert verwendet wird.

   28. Steuersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbine bei einem Laständerungswert gesteuert wird, der durch überlagern eines korrigierenden Laständerungswertes mit dem Laständerungswert erreicht wird, der sich als Ausgang der dritten Einrichtung ergibt, und daß das Verhältnis des tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Dampfzustands am Turbineneinlaß zum tatsächlich gemessenen Laständerungswert aus dem vorhergehenden Turbinenbetrieb und nach der Korrektur durch Reduktion weiterkorrigiert wird, indem das Verhältnis des tatsächlich gemessenen Änderungswertes des Dampfzustands am Turbineneinlaß zum korrigierten Lastanderungswert verwendet wird.

   29. Steuersystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der korrigierende Laständerungswert entsprechend dem Verhältnis der Spannung des vorliegenden Steuerzyklus zur Grenzspannung derart bestimmt wird, daß der korrigierende Laständerungswert einen größeren Wert annimmt, wenn das Verhältnis sich "1" nähert.

   30. Steuersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß der korrigierende Laständerungswert entsprechend dem Verhältnis der Spannung beim vorliegenden Steuerzyklus zu der Grenzspannung so

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   bestimmt wird, daß der korrigierende Laständerungswert einen größeren Wert annimmt, wenn sich das Verhältnis "1" nähert.

   31. Die Rotorspannung vorausberechnendes Turbinensteuersystem zur Verwendung in einer Energie erzeugenden Anlage mit einer Quelle zum Erzeugen eines Arbeitsfluids, einem Ventil zum Regulieren des Mengenstroms des Arbeitsfluids , einer von dem Arbeitsfluid angetriebenen Turbine, einem mechanisch mit der Turbine verbundenen Synchrongenerator und einem elektrisch zwischen den Synchrongenerator und einer äußeren Ne .leitung geschalteten Trennschalter, wobei das Steuersystem zum Berechnen der Spannung in der Turbine infolge der Änderung des Zustands des Arbeitsfluids berechnet und den Betrieb der Turbine unter Berücksichtigung der berechneten Spannung steuert, gekennzeichnet durch einen ersten Steuerabschnitt mit einer ersten Einrichtung zum Setzen einer Vielzahl von Laständerungs werten der Turbine, mit einer zweiten Einrichtung zum Vorausberechnen der Wärniespannung, die in dem Turbinenrotor während einer vorher festgelegten Vorausberechnungszeit unter der Annahme auftritt, daß die Turbine mit den Laständerungswerten betrieben wird/ und mit einer dritten Einrichtung zum Wählen der maximalen Last änderung, bei welcher die vorausberechnete Spannung während des VorausberechnungsZeitraums eine Grenzspannung nicht überschreitet, wobei das Ausgangssignal aus der dritten Einrichtung zum Steuern der Turbine verwendet wird und.wobei der SteuerZeitraum des ersten Steuerabschnitts graduell reduziert wird, bis der Wert der an die Turbine angelegten Last auf ein vorgegebenes Niveau nach dem Schließen des Trennschalters erhöht ist und/ nachdem der vorgegebene Lastpegel erreicht ist, konstantgehalten wird.

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