Verfahren zur automatischen Ingangsetzung von Turbinenaggregaten, insbesondere von Gasturbinen, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Ingangsetzung von Turbinenaggregaten, insbesondere von Gasturbinen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Anlauf von Turbinen ist eine ganze Reihe von Arbeitsoperationen durchzuführen, welche zur sicheren Startausführung des Aggregats unentbehrlich sind. Es handelt sich dabei z. B. generell um die fol genden:
1. Das Brennstoffsystem wird in den Bereitschaftszustand versetzt (Einschalten der Brennstoffpumpe, Öffnung des Hauptabsperrorganes für den Brennstoff, Temperaturmessung).
2. Das Ölsystem wird in Betrieb gesetzt und kontrolliert (Druck des Schmieröls, Druck des Regleröls).
3. Der Anfahrtsregler nimmt die Ausgangsstellung ein.
4. Die Überdrehzahlsicherung wird eingeschaltet.
5. Die Wärmetauscher für die Abwärme (Lufterhitzer, Abwärmekessel) werden zum Betrieb vorbereitet.
Manche dieser Arbeitsoperationen sind so wichtig, dass eine Blockierung des weiteren Verlaufs des Startvorganges solange durchzuführen ist, als eine bestimmte Arbeitsoperation noch nicht beendet ist. Die gegenseitige Verknüpfung von Arbeitsoperationen ist entweder ganz zufällig oder durch den durchzuführenden Startvorgang gebunden. Die Arbeitsoperationen selbst bestehen in der Betätigung irgendeines Organes oder irgendeiner Einrichtung. Die Organe oder die Einrichtungen sind an den verschiedensten, meist beträchtlich auseinanderliegenden Stellen angebracht.
Dies verursacht Zeitverluste beim Turbinenlauf und ist auch dann nachteilig, wenn insbesondere nach einem vorausgegangenen Defekt nach dessen Behebung das Aggregat auf schnellstem Wege wiederum in Betrieb gesetzt werden sollte. Deshalb benützt man Servomotoren mit Fernbedienung bzw. Einrichtungen zur automatischen Startausführung.
In jedem Falle sind zuerst alle vorbereitenden Arbeitsoperationen durchzuführen, welche zum Startbeginn notwendig sind. Dabei kann diese Vorbereitung länger dauern als die eigentliche Startausführung. Aus diesem Grund ist es vom Standpunkt eines schnellen Startes wichtig, alle Vorbereitungsarbeiten mit höchster Schnelligkeit vor dem eigentlichen Start durchzuführen. Mit Vorteil ist es möglich, in diesem Falle die zum Auslauf des Aggregates benötigte Zeit zu benützen.
Beim Anlauf von Gasturbinen sind die genannten Vorbereitungsoperationen in genauer Reihenfolge vorzunehmen, was für das Bedienungspersonal verhältnismässig anspruchsvoll ist Im Falle eines raschen Turbinenlaufes, der vor allem bei mit elastischem Betrieb arbeitenden Gasturbinen nötig und wünschenswert ist, steigen auch die Ansprüche an das Bedienungspersonal. Es ist daher möglich, dass bei Unterlassung einer Arbeitsoperation ein falscher Eingriff vorgenommen wird, welcher zu beträchtlichen Schwierigkeiten führen kann.
Die angeführten Nachteile werden gemäss der Erfindung durch das automatische Verfahren zur Ingangsetzung von Turbinenaggregaten, insbesondere von Gasturbinen, beseitigt, dessen Wesen darin beruht, dass die für den Start des Aggregates notwendigen Bedingungen im voraus eingestellt werden, indem zuerst die Regelungs- und Betätigungsorgane aus einer Ausgangslage automatisch in eine Startlage eingestellt werden, worauf nach erfolgter Ingangsetzung die Mehrheit dieser Organe wieder in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird.
Die Arbeitsoperationen, die mit der Einstellung der zum Startanfang benötigten Bedingungen zusammenhängen, können vor dem eigentlichen Start nach dem Auslösen eines Startvorbereitungskommandos durch führt werden, worauf der eigentliche Start nach dem Auslösen des speziellen Startkommandos durchgeführt werden kann. Es ist auch möglich, den eigentlichen Start ohne vorheriges Auslösen des Kommandos zur Einstellung der Startbedingungen in der Weise durchzuführen, dass nach dem Auslösen des Startkommandos zuerst die Einstellung der Bedingungen zum Startanfang durchgeführt wird, wonach gleich anschliessend die Ausführung des eigentlichen Startes erfolgt, ohne dass ein weiteres Startkommando gegeben werden müsste. Im weiteren kann es vorkommen, dass der Start unterbrochen werden muss, z.B. bei Auftreten einer Störung im Aggregat oder den Hilfseinrichtungen (z. B.
Undichtheiten etc.). Nach dem Auslösen eines solchen Startunterbrechungskommandos wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der abgebrochene Start nach einem erneuten Startkommando nur dann fortgesetzt, falls diejenigen Operationen noch nicht ausgeführt wurden, welche sonst bei der Fortsetzung des Startes eine Störung an dem Aggregat oder an dessen Einrichtungen verursachen würden.
Andernfalls wird bei der genannten Ausführung nach dem Auslösen des Kommandos zum Startabbruch in einem beliebigen Zeitpunkt des Startverlaufes der Start abgebrochen und die Einstellung der Bedingungen zum erneuten Startanfang automatisch wieder begonnen.
Die Einrichtung zum Ausführen des Verfahrens zum automatischen Turbinenlauf gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Automatikteil zum Ausführen der Startvorbereitung aus dem Druckknopf Start , aus dem Druckknopf Startvorbereitung und aus den Kontakten des Anlassrelais und aus dem logischen Kreis besteht. Die Startausführung ist durch die Regelstrecke des Anlaufelektromotors mit dem Servomotor des Anwurfmotors möglich, in dessen Regelstrecke die strom empfindlichen Relais geschaltet sind. Die einzelnen Relais können durch den Flammenwächter in Betrieb gesetzt werden. In bevorzugter Weise werden die einzelnen Automatikelemente der Starteinrichtung von den spannungsempfindlichen Relais, die vom Tachogenerator betätigt werden, eingeschaltet.
Der eigentliche Start kann erst dann durchgeführt werden, wenn die zum Start des Aggregates benötigten Bedingungen erfüllt sind. Diese Bedingungen kann man durch das Niederdrücken des zugehörigen Druckknopfes Startvorbereitung zum voraus einstellen. Falls die Startbedingungen nicht im voraus erfüllt sind, trotzdem aber der Druckknopf Start niedergedrückt wird, so verläuft der Start nicht unverzüglich, sondern es wird zuerst die Einstellung der Grundbedingungen zum Start automatisch begonnen, und erst nach ihrer Beendigung der Start automatisch durchgeführt. Die zum Start benötigte Zeit wird dadurch allerdings um die Einstellung der Startbedingungen verlängert. Nach dem eigentlichen Aggregatsstart wird die Mehrheit von Elementen in ihre Ausgangslage zurückgestellt, soweit es der Betrieb des Aggregats zulässt, wodurch die zum weiteren Start benötigte Zeit vermindert wird.
In den Zeichnungen ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher beschrieben, in Fig. 2 ein Betriebsdiagramm der Einrichtung nach Fig. 1.
Es sind zwei Drucktasten 1 und 2 vorhanden, wobei 1 die Taste zum Auslösen des Startes und 2 diejenige zur Auslösung der Startvorbereitungen ist. Beide sind mit Anlassrelaiskontakten 3 verbunden, von denen Verbindungen 16 zu den verschiedenen Einrichtungen ausgehen. Mit 4 ist ein logischer Kreis bezeichnet, der über Zuleitungen 17 ebenfalls an die genannten Einrichtungen angeschlossen ist. Ein mit ihm und der Drucktaste 1 verbundener Relaisteil dient zur Aussendung von Impulsen. Zwei stromempfindliche Relais 6 und 7 für verschiedene Stromstärken, zwischen denen sich ein Flammenwächter 8 befindet, wirken über einen Anlasser 11 auf einen Anlaufelektromotor 9 zum Anfahren der Gasturbine ein. Der Motor 9 ist über einen Schalter 10 mit dem Stromnetz verbunden.
Auf der Gasturbinenwelle ist ein Tachogenerator 12 angebracht, der über spannungsempfindliche Relais 13, 14, 15, die auf unterschiedliche Spannungen ansprechen, mit dem Impulsteil 5 verbunden ist. Auf derselben Welle ist eine Kupplung 18 zwischen Anlaufmotor 9 und Turbine vorhanden, die ebenfalls mit dem Impulsteil 5 verbunden ist. Motor, Turbine, und Kupplung werden durch eine Überdrehzahlsicherung 19 geschützt; auch sie ist am Impulsteil 5 angeschlossen.
Ferner befindet sich auf der genannten Welle noch ein Geschwindigkeitsimpulsgeber 25.
Der Flammenwächter 8 überwacht eine Brennkammer 21, die mit einer Zündanlage 22, einem Anfahrimpulsgeber 23 für die Brennstoffzufuhr und einem Brennstoffventil 24 versehen ist. Die letztgenannten drei Einrichtungen, die am Impulsteil 5 angeschlossen sind, können mit einer Drucktaste 20, Stop , beeinflusst werden.
Im weiteren ist am Impulsteil 5 noch ein Startzäh ler 26 angeschlossen.
Der Start einer Gasturbine verläuft mittels der automatischen Starteinrichtung wie folgt:
Falls es im voraus bekannt ist, wenn die Turbine gestartet werden soll, führt man zuerst die Einstellung der Anfangsbedingungen zum Start durch das Niederdrücken des Druckknopfes 2 Startvorbereitung durch. Die Kontakte 3 des Anlassrelais senden mittels der Verbindungen 16 Impulse zur Ausführung der vorbereitenden Arbeitsoperationen aus, wie sie eingangs aufgezählt worden sind.
Nach den in richtiger Reihenfolge ausgelösten Kommandos werden die entsprechenden, in der überwiegenden Mehrheit von den Endschaltern und Druckgebern herrührenden elektrischen Signale mittels der Zuführungen 17 in den logischen Kreis 4 geführt. Es sind dies beispielsweise:
Die Anzeige der vollen Öffnung des Hauptabsperrorgans für den Brennstoff, die Kontrolle des Brennstoffdruckes, die Kontrolle der richtigen Anordnung des Anfahrimpulsgebers in die Ausgangslage, die Kontrolle der vollständigen Zwischenschaltung des Widerstandes des Motoranlassers usw. Es wird also die richtige Durchführung aller Operationen angezeigt.
Durch das Niederdrücken des Druckknopfes 1 ist es möglich, den eigentlichen Start vorzunehmen; dabei werden, falls etwa noch nicht alle Bedingungen zum eigentlichen Start erfüllt worden sind, nach Niederdrücken des Druckknopfes 1 zuerst diese Startvorbereitungen nachgeholt, worauf gleich anschliessend darauf der Start erfolgt. Dieses Vorgehen ist dann zweckdienlich, wenn die Turbine unmittelbar gestartet werden soll.
Der Start selbst verläuft so, dass der Relaisteil 5 zuerst Impulse zur Schaltung der Kupplung 18 sendet.
Nach der Kontrolle der richtigen Schaltung der Kupplung wird die Überdrehzahlsicherung 19 eingeschaltet und der Anlaufelektromotor 9 durch den Schalter 10 an das Netz angeschlossen. Hierauf beginnt eine erste Anfahrphase des Anlaufelektromotors 9 mittels des Servomotors des Motoranlassers 11 durch einen Strom, welcher durch das stromempfindliche Relais 6 konstant gehalten wird, solange eine durch den Tachogenerator 12 angezeigte und durch das erste spannungsempfindliche Relais 13 bestimmte erste Drehzahl noch nicht erreicht ist.
Bei Erreichen dieser erste, noch unter der Nenndrehzahl des Motors 9 liegenden Drehzahl beginnt durch die Zündanlage 22 die Flammenzündung in der Brennkammer 21. Nach der Kontrolle der Flammenzündung durch den Flammenwächter 8 beginnt die zweite Anlaufphase des Elektromotors 9, diesmal bei voller Strombelastung als Fortsetzung der ersten Phase, wobei die Belastung durch das stromempfindliche, auf den Servomotor 11 des Motoranlassers wirkende Relais 7 geregelt ist. In dieser Phase wird das Brenn stoffventil 24 geöffnet und der Brennstoff mittels des Anfahrimpulsgebers zugeführt.
Nach dem Erreichen der Nenndrehzahl des Anlaufelektromotors 9, welche durch den Tachogenerator 12 angezeigt und durch das zweite spannungsempfindliche Relais 14 bestimmt wird, wird der Anlaufelektromotor 9 durch den Schalter 10 ausgeschaltet, ebenso die Uberdrehzahleinrich- tung 19, und die Zündanlage 22 ausser Betrieb gesetzt.
Nach Erreichung der vorher eingestellten, durch den Tachogenerator 12 angegebenen und durch das dritte spannungsempfindliche Relais 15 bestimmten Drehzahl hört der Anfahrimpuisgeber 23 auf, den Brennstoff beizumischen, damit die Regelungsübernahme durch den Geschwindigkeits-Impulsgeber 25 allmählich vor sich geht, und dass es nicht zu einer Voreilung des Aggregats in bezug auf diese soeben erreichte Drehzahl kommt. Sobald die Regelung durch den Geschwindig keitsimpuisgeber 25 übernommen ist, beginnt der Anfahrimpulsgeber 23 sich in seine Endlage zu bewegen, wodurch er ausser Betrieb gesetzt wird. Der Servomotor des Motoranlassers 11 beginnt diesen in seine Ausgangslage zurückzustellen. Gleichzeitig beginnt der Startzähler 26, den eben durchgeführten Start mittels einer automatischen Starteinrichtung zu zählen.
Eine Startunterbrechung wird so vorgenommen, dass der Druckknopf 20 Stop niedergedrückt wird, worauf das Schliessen des Brennstoffventils 24, die Abschaltung des Anlaufelektromotors 9 und die Abschaltung der Zündanlage 22 durchgeführt werden; der Anfahrimpulsgeber 23 nimmt seine Ausgangslage ein, und der Servomotor des Motoranlassers 11 kommt in seine Ausgangslage zurück. Falls die Kupplung 18 nicht abgeschaltet wurde, wird nach dem Niederdrükken des Druckknopfes 1 ( Start ) der unterbrochene Start wieder aufgenommen.
Das Diagramm nach Fig. 2 zeigt die Betriebslagen der Regelungs- und Betätigungsorgane in bezug auf die zu betätigende und zu regelnde Maschine, wobei nur der Normalfall (d. h. ohne Startunterbrechung) dargestellt ist. Die Organe befinden sich im Punkt O in der Ausgangslage A. Die Maschine steht noch still, sie kann aber, wie eingangs erwähnt, sich auch im Auslauf befinden, was durch die gestrichelte Linie angedeutet werden soll. In dieser Stillstandsphase (oder Auslaufphase) wird nun durch die Regelungs- und Betätigungsorgane der Start vorbereitet; die Organe nehmen eine Startlage S ein. Durch den Start gelangt ein Teil der Organe in eine Betriebslage B, worauf die Mehrzahl der Organe wieder in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird, was beispielsweise dann der Fall sein kann, wenn die Maschine ihre Nenndrehzahl erreicht hat.