CH655358A5 - Regelvorrichtung fuer eine dampfturbine mit bypasseinrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regel vorrichtung für eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

45 Die Bypassbetriebsart einer Dampfturbine bringt, obgleich sie in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, besondere Probleme mit sich, wenn diese Betriebsart auf diejenigen Turbinen ausgedehnt wird, die sich an dem grösseren Ende des Grössen-spektrums befinden. Insbesondere bei Betriebszuständen mit so geringer Belastung (einschliesslich des Falles, in welchem keine Belastung vorhanden ist), tritt bei den grösseren Maschinen ein Problem auf, das als «Erwärmung durch Luft-reibungsverluste» oder als «Drehverlusterwärmung» bezeichnet wird. Diese Art der Erwärmung tritt am wahr-55 scheinlichsten am Auslassende des Hochdruckabschnittes der Turbine auf, und zwar infolge der Kombination von hohem Gegendruck an diesem Punkt aus der Bypassdampf-strömung und der relativ geringen Dampfströmung in dem Hochdruckabschnitt der Turbine. Die Luftreibungsverluster-60 wärmung kann, wenn sie unkontrolliert bleibt, die Dampftemperatur auf übermässig grosse Werte erhöhen und ist deshalb für die Turbine potentiell schädlich.

In der DE-OS 3 047 008.7 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verhindern der Drehverlusterwärmung 65 beschrieben. Gemäss diesem Verfahren wird ein Gegenstrom von Dampf durch den Hochdruckabschnitt der Turbine hindurchgeleitet, so dass die durch Luftreibung verursachten Wärmeverluste durch den Kühldampfstrom abgeführt

werden. Der Dampfgegenstrom wird vorzugsweise der Hoch-druckbypassleitung unmittelbar vor dem Dampfzwischenüberhitzer entnommen und wird dann über den Turbinen-hochdruckabschnitt von den letzten Stufen aus über die erste Stufe zurückgeleitet. Der Dampfgegenstromweg enthält ein Gegenstromventil zum Einlassen des Kühldampfes in den Hochdruckabschnitt und ein angeschlossenes Ventilatoroder Lüftungsventil zum Ablassen des Kühldampfes aus dem Hochdruckabschnitt. Die Steuerventile, über die der Dampf in die Turbine in der herkömmlichen Vorwärtsstromrichtung eingelassen wird, müssen selbstverständlich geschlossen werden, wenn der Gegenstromweg benutzt wird.

Während des Gegenstrombetriebes liefert der in die Abschnitte niedrigeren Druckes eingelassene Dampf die Antriebsenergie, die für irgendeine angeschlossene Last erforderlich ist. Durch richtiges Ausgleichen der Dampfströmung bewirkt die Gegenstromtechnik, dass eine übermässige Luftreibungsverlusterwärmung in den Abschnitten niedrigeren Druckes (ND) einer Turbine sowie in dem Hochdruckabschnitt eliminiert wird.

An einem gewissen Punkt während des Turbinenbetriebes, wenn die Last an der Turbine bis zu dem Punkt vergrössert worden ist, an dem die Dampfströmung in der Vorwärtsrichtung des Hochdruckabschnittes hergestellt werden kann,

ohne dass es zu übermässigen Temperaturen entweder in dem HD- oder in den ND-Abschnitten kommt, wird das Lüftungsventil geschlossen und die Einlasssteuerventile werden geöffnet.

Der Übergang von einem Dampfstrombetrieb auf den anderen erfordert die Kenntnis von Turbinenbetriebsparametern und auf der Basis der Betriebsparameter die Vornahme einer Beurteilung, wann der Übergang in der Dampfstromrichtung am wirksamsten vorgenommen werden kann. Ein Übergang, der entweder zu spät oder frühzeitig ist, ist unter dem Gesichtspunkt sowohl des Betriebswirkungsgrades als auch der Minimierung der Gefahren einer Beschädigung der Maschine durch Überhitzung unerwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regelvorrichtung zum automatischen Auswählen eines Vorwärts- oder eines Gegendampfstroms in dem HD-Abschnitt einer Dampfturbine mit Bypasseinrichtung in Abhängigkeit vom Betriebszustand.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Regelvorrichtung steuert das Gegenstromventil, das Lüftungsventil und das Einlasssteuerventil der Bypass-dampfturbine derart, dass ein Vorwärts- oder Gegendampfstrom durch den Hochdruckabschnitt der Turbine in Abhängigkeit von Turbinenbetriebsparametern automatisch gewählt wird. Die Wahl erfolgt derart, dass eine Beschädigung der Turbine durch Drehverlusterwärmung verhindert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Regelvorrichtung eine erste Automatikeinrichtung mit einer Logik zum Wählen entweder eines Vorwärts- oder eines Gegen-stromsteuersignals zum Steuern der Einlasssteuerventileinstellung derart, dass das Vorwärtsstromsignal immer nur dann steuert, wenn eine Gruppe von vorgewählten Betriebsbedingungen erfüllt ist; eine zweite Automatikeinrichtung zum Steuern des Betriebes des Gegenstromventils, die eine Entscheidungslogikeinrichtung enthält, die in Abhängigkeit von Turbinen- und anderen damit in Beziehung stehenden Betriebsbedingungen bestimmt, ob das Gegenstromventil in der offenen oder in der geschlossenen Position sein soll; und eine dritte Automatikeinrichtung zum Steuern des Betriebes des Lüftungsventils, die eine Logikeinrichtung aufweist, welche ebenfalls in Abhängigkeit von Turbinen- und anderen damit in Beziehung stehenden Betriebsbedingungen bestimmt, ob das Lüftungsventil in der offenen oder in der geschlossenen Position sein soll. Zusätzlich zu der Automatiksteuerung sind Vorkehrungen getroffen zum manuellen Wählen des Vorwärtsstroms von Dampf immer dann, wenn s die Betriebsbedingungen es gestatten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt;

10 Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Turbogeneratorsatzes mit einer Dampfturbine mit Bypasseinrichtung, die für einen Vorwärts- oder einen Gegendampfstrom durch den Turbinenhochdruckabschnitt ausgerüstet ist, und die Wirkverbindungen zwischen der Regelvorrichtung und der Tur-is bine sowie deren Gesamtsteuersystem, und

Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Vorwärts-Gegenstrom-Reglers für die Regelvorrichtung, wobei die gezeigte Ausführungsform für die Verwendung in Verbindung mit der Turbine nach Fig. 1 vorgesehen 20 ist.

Eine grosse Dampfturbine mit ihrer gesamten Steuerung und vielen Hilfssteuerungen zum Überwachen und zum Gewährleisten des Schutzes des Personals und der Anlage ist 25 ein sehr komplexer und komplizierter Teil der Anlage. Es werden deshalb nur diejenigen Teile der gesamten Anlage dargestellt, die für das Verständnis notwendig sind, wobei Vereinfachungen gemacht werden, um das Verständnis der Prinzipien und der Arbeitsweise der Regelvorrichtung zu 30 erleichtern.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zum Erzeugen von elektrischem Strom, in welcher ein Kessel 10 als Hochdruckdampf quelle dient und das Antriebsfluid zum Antreiben einer Zwischen-überhitzungsdampfturbine 12 liefert, die einen Hoch-35 druck(HD)-Abschnitt 14, einen Mitteldruck(MD)-Abschnitt 16 und einen Niederdrack(ND)-Abschnitt 18 aufweist. Das ist zwar die herkömmliche Art der Bezeichnung, bisweilen können hier jedoch der MD-Abschnitt 16 und der ND-Abschnitt 18 zusammengefasst und als Abschnitte niedri-40 geren Druckes (ND) der Turbine bezeichnet werden. Ebenso kann die Bypasshilfsvorrichtung, die Dampf um diese Abschnitte herumleitet, als Bypass-Hilfsvorrichtung niedrigeren Druckes oder ND-Bypass-Hilfseinrichtung bezeichnet werden. Die Turbinenabschnitte 14,16 und 18 sind zwar in 45 Tandemanordnung mit dem Generator 20 über eine Welle 22 gekuppelt dargestellt, es können jedoch auch andere Kupplungsanordnungen benutzt werden.

Der Dampfstrom aus dem Kessel 10 geht in eine Dampfleitung 24, welcher der Dampf für die HD-Turbine 14 über ein so Hauptabstellventil 26 und ein Einlasssteuerventil 28 entnommen werden kann. Eine Hochdruckbypasseinrichtung, die ein HD-Bypassventil 30 und eine Heissdampfkühlstation 32 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um den HD-Abschnitt 14 herum. Es ist klar, dass, 55 obwohl eine HD-Bypass-Hilfsvorrichtung dargestellt ist, weitere parallele Bypasswege, die jeweils ein Durchflusssteuerventil enthalten, ebenfalls benützt werden können. In jedem Fall geht der aus der HD-Turbine 14 austretende Dampf durch ein Rückschlagventil 34 hindurch, um sich wieder mit 60 jedwedem Dampf, der herumgeleitet worden ist, zu vereinigen, und die gesamte Strömung geht dann durch einen Zwischenüberhitzer 36. Vom Zwischenüberhitzer 36 kann Dampf über ein Abzweigventil 38 und ein Zwischenüberhitzerabsperrventil 40 zu der MD-Turbine 16 und der ND-Turbine 18 65 gelangen, die in dem Dampfweg über eine Leitung 42 in Reihe geschaltet sind. Aus der ND-Turbine 18 ausgetretener Dampf strömt zu einem Kondensator 44. Eine Bypass-Hilfsvorrichtung niedrigeren Druckes (ND), die ein ND-Bypass-

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ventil 46, ein ND-Bypassabsperrventil 48 und eine Heiss-dampfkühlstation 50 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um die MD-Turbine 16 und die ND-Turbine 18 herum zu dem Kondensator 44.

Die Steuerung der Dampfströmung sowohl in dem HD- als auch in dem ND-Bypassuntersystem durch die drosselnden Bypassventile 30 bzw. 46 erfolgt vorzugsweise auf eine Art und Weise, die in Beziehung zu dem Kesseldruck und dem Dampfstrom aus dem Kessel steht. Demgemäss sorgen ein HD-Bypassregelkreis und ein ND-Bypassregelkreis für eine solche Regelung. Der HD-Regelkreis enthält einen ersten Druckgeber 52 und einen HD-Bypassregler 54; der ND-Bypassregelkreis enthält ebenfalls den ersten Druckgeber 52 und ausserdem einen ND-Bypassregler 56.

Die Steuerung des Abzweig- bzw. Abfangventils steht andererseits vorzugsweise in Beziehung zum Zwischenüberhitzerdampfdruck. Es ist daher ein Abzweigventilregelkreis vorgesehen, der einen zweiten Druckgeber 58 und einen Abfangventilregler 60 enthält.

Ein Regelsystem für eine Bypass-Dampfturbine, das in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Regelsystem verwendbar ist, ist in der DE-OS 3 133 504.7 vorgeschlagen.

Gemäss Fig. 1 werden ein Turbinenbedarfssignal El und ein Einlasssteuerventilpositionssignal Êl dem Abfangregelkreis bzw. den Bypassregelkreisen als zusätzliche Eingangssignale zugeführt.

Dem HD-Abschnitt 14 der Turbine 12 sind ein Gegenstromventil 62 und ein Lüftungsventil 64 zugeordnet, die hauptsächlich für Betriebszustände ohne Last und mit niedriger Last benutzt werden. Die Ventile 62 und 64 werden benutzt, um einen Gegenstrom von Dampf durch die HD-Turbine zu leiten, wie es in der DE-OS 3 047 008.7 angegeben ist. Der Gegendampfstrom eliminiert eine Drehverlust- oder Luftreibungsverlusterwärmung, die unter gewissen Bedingungen niedriger Belastung, wie sie der Bypassbetriebsart zugeordnet sind, auftreten. Die Luftreibungsverlusterwärmung wird gesteuert, indem ein Teil des Hochdruckbypass-dampfes in die Niederdruckabschnitte 16 und 18 der Turbine in ausreichender Menge eingeleitet wird, um Antriebsfluid zum Antreiben der Turbine zu bilden. Gleichzeitig wird ein zweiter Teil des Dampfes, der um den Hochdruckabschnitt herumgeleitet wird, in den Hochdruckabschnitt 14 der Turbine in Gegenstromrichtung eingeleitet, um durch sie rückwärts hindurchzugehen. Die Turbine wird also vollständig durch denjenigen Teil des HD-Bypassdampfes angetrieben, der in die Niederdruckabschnitte 16 und 18 der Turbine eingeleitet wird, während ein zweiter Teil des HD-Bypassdampfes in Gegenstromrichtung in den HD-Abschnitt 14 der Turbine eingeleitet wird, um einen Brems- und Kühleffekt zu erzeugen. Die Ströme werden so bemessen, dass eine Überhitzung sowohl in dem HD-Abschnitt als auch in den ND-Abschnitten verhindert wird.

Das Gegenstromventil 62 ist vorgesehen, um den Gegenstrom oder Kühldampf in den HD-Abschnitt 14 der Turbine einzulassen, und das Lüftungsventil 64 ist vorgesehen, um den Kühldampf in die Atmosphäre oder in den der Turbine zugeordneten Kondensator 4 abzulassen.

Wenn die Last an der Turbine bis zu dem Punkt erhöht worden ist, bei dem der Dampfstrom in der Vorwärtsrichtung des HD-Abschnitts hergestellt werden kann, ohne dass übermässige Temperaturen entweder in dem HD-Abschnitt oder in den ND-Abschnitten auftreten, wird das Lüftungsventil 64 geschlossen, und das herkömmliche Steuerventil wird öffnen. Dieser Ventilbetätigungsvorgang spielt sich vorzugsweise in einer relativ kurzen Zeitspanne, d.h. in Sekunden ab. Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Steuern der Dampfrichtungsdurchflussventile (d.h. der Ventile 28,62 und 64) derart, dass die Richtung des Dampfstroms in dem

HD-Abschnitt 14 der Turbine automatisch festgesetzt wird.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anordnung eines solchen Regelsystems. Beispielsweise gibt ein Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 Betriebssteuersignale an das Einlasssteuerventil 28, s an das Gegenstromventil 62 und an das Lüftungsventil 64 ab, um die Positionierung dieser Ventile in Abhängigkeit davon festzulegen, ob vorgewählte Turbinenbetriebsbedingungen erfüllt sind. Darüber hinaus gibt in einer Ausgestaltung der Erfindung der Regler 66 ein Schliessvorspannungssignal an io das Rückschlagventil 34 unter gewissen Bedingungen ab, so dass es zwangsläufig auf seinen Sitz gebracht und gegen relativ niedrige Restdrücke in dem HD-Abschnitt 14 geschlossen werden kann. Ohne die Verwendung des Schliessvorspannungssignals arbeitet das Rückschlagventil ls 34 wie ein herkömmliches Rückschlagventil und wird durch Dampfdruckdifferenzen geöffnet oder geschlossen.

Bei dem herkömmlichen Vorwärtsstrombetrieb wird das Lüftungsventil 64 geschlossen gehalten, das Einlasssteuerventil 28 wird gemäss dem Ventilpositioniersignal El positio-20 niert (El und Êl sind gleich, wenn der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt), und das Gegenstromventil 62 kann in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl und der Lüftungsventilposition geöffnet oder geschlossen werden. Das Gegenstromventil 62 und das Lüftungsventil 64 haben vorzugsweise 25 keine Zwischenstellungen und sind entweder völlig geöffnet oder völlig geschlossen.

Der Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 steht mit einer Bedienungssteuertafel 68 in Verbindung, über die das Bedienungspersonal gewisse Vorbedingungen oder Betriebsbeschrän-30 kungen in den Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 eingeben kann. Beispielsweise kann in einer Ausgestaltung der Erfindung das Bedienungspersonal über die Steuertafel 68 veranlassen, dass sich die Ventile 28,62 und 64 in einer Position zum Vorwärmen der Turbine befinden. Darüber hinaus kann 35 die Steuertafel 68 benutzt werden, um den Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 manuell darüber zu informieren, dass die Bypass-Systeme «ausser Betrieb» sind, so dass die Turbine in einer herkömmlichen Betriebsart betrieben werden kann. Weiterkann das Bedienungspersonal veranlassen, dass die 40 Dampfströmung in der Vorwärtsrichtung durch den HD-Abschnitt 14 der Turbine geht, und zwar immer dann, wenn andere Bedingungen erfüllt sind. Diese vom Bedienungspersonal eingegebenen Signale werden weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 ausführlicher erläutert. 45 Ein Automatikhochlaufregler 70 verkehrt ebenfalls mit dem Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 und liefert ein Zustimmungssignal (auf der Basis von thermischen und mechanischen Spannungen und anderen Turbinenbetriebsparametern), das dem Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 (wenn wei-50 tere Bedingungen erfüllt sind) gestattet zu veranlassen, dass der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt. Der Automatikhochlaufregler 70 an sich ist kein wesentlicher Teil der hier beschriebenen Erfindung, sondern ist von einer auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Bauart und dient zum auto-55 matischen und sicheren Hochfahren einer Turbine über deren Hochlaufschritte unter gleichzeitiger Vermeidung von übermässigen thermischen und mechanischen Spannungen (s. DE-OS 3 122 003). Der Automatikhochlaufregler 70 liefert ein Zustimmungssignal, um dem Vorwärts-Gegenstrom-60 Regler 66 zu gestatten, von dem Gegendampfstrombetrieb auf den Vorwärtsdampfstrombetrieb nur dann umzuschalten, wenn das möglich ist, ohne dass hohe Wärmespannungen in der Turbine verursacht werden. Das Zustimmungssignal, das somit durch den Automatikhochlaufregler 65 70 geliefert wird, kann beispielsweise einfach das Schliessen eines Schalterkontakts sein, das zum Anlegen eines richtigen Logiksignals führt.

Weitere Eingangssignale des Vorwärts-Gegenstrom-

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Reglers 66 sind dreifach redundante Turbinendrehzahlsig-nale aus Wellendrehzahlgebern 72; ein Signal, das die Lüftungsventilposition anzeigt, aus einem Positionsgeber 74 (der an dem Lüftungsventil 64 angebracht ist); ein Notauslösungssignal aus einem Turbinendrehzahl- und -lastregier 76; ein Turbinenbedarfssignal El, das den Bedarf der Turbine an Dampf zum Aufrechterhalten einer vorgewählten Drehzahl und Belastung angibt; und ein Abfangventilbedarfssignal aus dem Abfangventilregler 60. Das Abfangventilbedarfssignal ist zu dem Dampfstrom durch die ND-Abschnitte 16 und 18 der Turbine 12 proportional und zu dem Druck in dem Zwischenüberhitzer 36 umgekehrt proportional. Das Einlasssteu-erventilpositioniersignal Êl, das durch den Vorwärts-Gegen-strom-Regler 66 geliefert wird, stimmt mit dem Turbinenbedarfssignal El überein, wenn der Dampf in der Vorwärtsrichtung strömt, es wird aber gewählt, um das Einlasssteuerventil 28 zwangsläufig zu schliessen, wenn der Dampf in der Gegenrichtung strömt. Es ist somit eine Funktion des Vor-wärts-Gegenstrom-Reglers 66, das Signal je nach dem, wie das Einlasssteuerventil 28 positioniert ist, zu wählen. Im allgemeinen stellt der Vorwärts-Gegenstrom-Regler 66 die Ventile 28,34,62 und 64 jedoch so ein, dass ein Vorwärtsstrom vom Dampf automatisch gewählt wird, wenn die Turbine ausreichend belastet ist, um eine übermässige Drehverlusterwärmung zu vermeiden, und dass ein Gegenstrom von Dampf nur dann gewählt wird, wenn Belastungsbedingungen vorliegen, die zu einer solchen Erwärmung führen.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Vor-wärts-Gegenstrom-Reglers 66 von Fig. 1 im Detail. Ein Relais 101, das einen Schaltkontakt 103 enthält, ist eine automatische Vorrichtung, die durch eine zugeordnete Logikschaltung betätigt wird, um das Signal auszuwählen, das zum Steuern der Einlasssteuerventilbetätigung dient. Wenn sich der Kontakt 103 in der gezeigten Position befindet, sind die Signale El und Êl gleich, und die Einlasssteuerventilbetätigung erfolgt gemäss dem Turbinenbedarfssignal El, wie es durch den Drehzahl- und Lastregler 76 von Fig. 1 geliefert wird. Der Relaiskontakt 103 ist immer dann in der in Fig. 2 gezeigten Position, wenn das Relais 101 betätigt ist und wenn eine vorgewählte Gruppe von Betriebsbedingungen, die durch die Logikschaltung, welche das Relais 101 ansteuert, bestimmt wird, erfüllt ist. Das Relais 101 muss daher für einen Vorwärtsstrom von Dampf geschlossen sein. Andererseits, wenn das Relais 101 nicht betätigt ist, was anzeigt, dass die vorgewählte Gruppe von Betriebsbedingungen nicht erfüllt ist, legt der Relaiskontakt 103 an die Einlasssteuerventilleitung ein Ventilschliessignal an, wodurch das Einlasssteuerventil zwangsläufig geschlossen wird. Das ist die Situation für einen Gegendampfstrom. Das Relais 101 wird somit gezwungen, entweder ein Vorwärtsstromsteuersignal El oder ein Gegenstromsteuersignal zu wählen, wobei letzteres das Einlasssteuerventil zwangsläufig schliesst.

Die Logikschaltungsanordnung, die dem Relais 101 zugeordnet ist und das Einlasssteuerventilpositioniersignal auswählt, enthält ODER-Gatter 105,107 und 109, UND-Gatter 111 und 113 und einen Vergleicher 115, der ein erstes und ein zweites Bedarfssollwerteingangssignal aus einer X-bzw. aus einer Y-Sollwerteinheit 117 bzw. 119 empfängt. Die X- und Y-Werte sind als Prozentsatz des maximalen Bedarfswertes ausgedrückt. Die Logiksymbole, die in Fig. 2 benutzt werden, sind NEMA-Standardsymbole.

Die Gruppe von vorgewählten Bedingungen, die erforderlich ist, damit das Relais 101 betätigt wird, umfasst drei Signale aus einer Bedienungssteuertafel, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Zu diesen Signalen gehören ein Vorwärmsignal, das direkt an einen Eingang des ODER-Gatters 105 angelegt wird; ein «Bypass Aus»-Signal, das an einen Eingang des ODER-Gatters 107 angelegt wird; und ein Handwählsignal,

das an einen Eingang des ODER-Gatters 109 angelegt wird. Das Handwählsignal kann als ein Zustimmungssignal angesehen werden, das auf der Beurteilung durch das Bedienungspersonal basiert und die Wahl des Vorwärtsstromsteuersi-s gnals El gestattet, das zur Einlasssteuerventilpositionierung angelegt wird, vorausgesetzt, dass weitere Bedingungen, die unten beschrieben sind, erfüllt sind. Wenn entweder das Vor-wärm- oder das «Bypass Aus»-Signal angelegt wird, wird das Relais 101 betätigt, und das Einlasssteuerventil spricht auf io das Signal El an, was den Vorwärtsdampfstrom gestattet. Andererseits muss das Handwählsignal, während es an dem ODER-Gatter 109 anliegt, auch die UND-Verknüpfung in dem UND-Gatter 113 erfüllen, bevor das Relais 101 betätigt wird. Ein paralleles Eingangssignal wird an das ODER-ls Gatter 109 aus einem Turbinenautomatikhochlaufregler in der oben beschriebenen Weise angelegt und hat daher denselben Effekt wie ein Handwähleingangssignal und kann als ein zweites Zustimmungssignal für den Vorwärtsdampfstrom betrachtet werden. Das «Bypass Aus»-Signal zeigt an, dass 20 die Turbine auf herkömmliche Weise (ohne die Bypassunter-systeme) betrieben wird, und durch das Anliegen dieses Signals wird das Relais 101 in der Vorwärtsdampfstromposi-tion gehalten. Das Vorwärmsignal hält ebenfalls das Relais 101 in einer Vorwärtsdampfstromposition, so dass das Ein-25 lasssteuerventil anspricht, wenn die Turbine für einen Hochlauf vorgewärmt wird.

Das UND-Gatter 113 empfängt ausser einem Eingangssignal aus dem ODER-Gatter 109 auch ein Signal aus dem Vergleicher 115 immer dann, wenn das Abfangventilbedarfs-30 signal grösser als ein vorgewählter Sollwert X ist, der durch die Sollwerteinheit 117 geliefert wird. Das Abfangventilbedarfssignal, das mit vorgewählten Bedarfssollwerten X und Y in dem Vergleicher 115 verglichen wird, wird dem Regelkreis entnommen, der die Positionierung des Abfangventils 38 35 steuert, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Das Abfangventilbedarfssignal gibt den Grad der Öffnung des Abfangventils und den Bedarf an durch dieses hindurchgehendem Dampfstrom an. Wenn der Abfangventilbedarf ausreichend gross ist (grösser als der Bedarfssollwert X) und wenn entweder ein 40 Handwählsignal oder ein Zustimmungssignal aus einem Automatikhochlaufregler vorhanden ist, wird deshalb das UND-Gatter 113 aktiviert, welches seinerseits das Relais 101 betätigt.

Das UND-Gatter 111 bildet in Kombination mit dem 45 Y-Ausgangssignal des Vergleichers 115 eine Halteschaltung, die das Relais 101 erregt hält. Wenn somit der Abfangventilbedarf grösser als der Sollwert Y ist und wenn das ODER-Gatter 107 erregt worden ist, verriegelt daher das UND-Gatter 111 die ODER-Gatter 107 und 105 und das Relais 101, so bis der Abfangventilbedarf unter den Y-Sollwert abfällt.

Die Betätigung des Gegenstromventils (in Fig. 1 mit der Bezugszahl 62 bezeichnet) erfolgt durch einen Gegenstrom-ventilstellantrieb 121, der seinerseits durch eine Logikschaltungsanordnung gesteuert wird, die das Betätigen (Öffnen) 55 des Gegenstromventils nur dann gestattet, wenn die Drehzahl der Turbine grösser als eine vorgewählte Drehzahl ist und wenn das Lüftungsventil geöffnet ist. Die Betätigung des Ventilstellantriebs 121 wird dann durch das UND-Gatter 123 bestimmt, das Eingangssignale aus dem Lüftungsventilposi-60 tionsvergleicher 125 und einem 2-aus-3-Wellendrehzahlde-tektornetzwerk 127 hat. Ein Lüftungsventilpositionssignal wird durch einen Lüftungsventilpositionsgeber 74 (in Fig. 1 dargestellt) an den Vergleicher 125 abgegeben, in welchem die Ventilposition mit einem voreingestellten Sollwert ver-65 glichen wird, der durch eine Lüftungsventilsollwerteinheit 129 geliefert wird. Ein Signal, das zum Betätigen des UND-Gatters 123 geeignet ist, wird durch den Ventilpositionsver-gleicher 125 nur dann geliefert, wenn das Lüftungsventil aus

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reichend geöffnet ist. Das Gegenstromventil wird somit nur dann zum Öffnen veranlasst, wenn die Turbinendrehzahl über einem vorgewählten Wert ist und wenn das Lüftungsventil ausreichend geöffnet ist.

Das 2-aus-3-Drehzahldetektornetzwerk 127 liefert ein zum Betätigen des UND-Gatters 123 geeignetes Signal nur dann, wenn wenigstens 2 von den 3 Eingangssignalen, die die Tur-binenwellendrehzahl angeben, oberhalb einer vorgewählten Mindestdrehzahl liegen. Das Drehzahldetektornetzwerk 127 enthält Drehzahlvergleicher 131,133, und 135; eine Drehzahlsollwerteinheit 137, durch die die Mindestdrehzahl gewählt werden kann; UND-Gatter 139,141 und 143; und ein ODER-Gatter 145. Vorzugsweise werden die drei Eingangsdrehzahlsignale drei gesonderten Drehzahlgebern entnommen.

Die Betätigung des Lüftungsventils (Bezugszahl 64 in Fig. 1) erfolgt durch einen Lüftungsventilstellantrieb 147, der durch eine Logikschaltungsanordnung gesteuert wird, die ein UND-Gatter 149, ein ODER-Gatter 151, einen Inverter 153 und einen Bedarfsvergleicher 155 mit einer Bedarfsbezugseinheit 157 enthält. Die Logikschaltungsanordnung für das Lüftungsventil veranlasst somit den Stellantrieb 147, das Lüftungsventil zu öffnen, was einen Gegendampfstrom gestattet, wenn die Turbine nicht vorgewärmt wird und die Turbinenlast auf den unteren Lastwerten ist, bei denen die Luftrei-bungsverlusterwärmung ein Problem ist. Eine Anzeige dieser unteren Lastwerte erfolgt immer dann, wenn das Einlasssteu-erventilpositoniersignal Êl kleiner als ein vorgewählter Wert ist.

Stattdessen wird das Lüftungsventil zu öffnen veranlasst,

wenn eine Notabschaltung erfolgt ist, und unter der Voraussetzung, dass das Lüftungsventil nicht für Turbinenvorwärm-vorgänge geschlossen gehalten wird. Das Notabschalt- oder Notauslösungsignal zeigt an, dass die Einlasssteuerventile s sehr schnell geschlossen worden sind, um die Dampfversorgung der Maschine abzuschalten, und es wird vorzugsweise dem Hydrauliksystem (hier nicht dargestellt) entnommen, das zum Betätigen dieser Steuerventile benutzt wird.

Um zu gewährleisten, dass das Rückschlagventil 34 von Fig. 1 zwangsläufig aufsitzt und dass es eine positive Schliess-kraft zur richtigen Zeit hat, ist es vorzugsweise mit einem (bekannten) Schliessstellantrieb versehen, durch den eine Schliessvorspannkraft ausgeübt wird. Der Ventilschliessstell-antrieb 159, der in Fig. 2 gezeigt ist, wird daher durch das ODER-Gatter 151 betätigt, um eine Schliessvorspannung auf das Rückschlagventil immer dann auszuüben, wenn ein Not-auslösungzustand eintritt, oder immer dann, wenn das Ein-lasssteuerventilpositionssignal Êl kleiner als ein vorgewählter Wert ist. Es ist jedoch klar, dass das automatische Auswählen des Vorwärts- oder des Gegenstroms in dem HD-Abschnitt 14 (Fig. 1) auch dann erfolgen kann, wenn das Rückschlagventil 34 nicht mit einem Schliessvorspannungs-stellantrieb versehen ist.

25 Vorstehend ist ein Regelsystem zum automatischen Auswählen entweder des Vorwärts- oder des Gegendampfstroms in dem Hochdruckabschnitt einer Dampfturbine, je nach dem, um die Turbine vor übermässiger Luftreibungsverlust-erwärmung zu schützen und einen Turbinenbetrieb mit

30 gutem Wirkungsgrad zu erzielen, beschrieben worden.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Regel Vorrichtung zum automatischen Auswählen eines Vorwärts- oder eines Gegendampfstroms in dem HD-Abschnitt (14) einerDampfturbine (12) mit Bypasseinrich-tung mit wenigstens einem Einlasssteuerventil (28) zum Einlassen von Dampf in einer Vorwärtsstromrichtung durch den HD-Abschnitt (14), mit einem Gegenstromventil (62) zum Einlassen von Dampf in einer Gegenstromrichtung durch den HD-Abschnitt (14), mit einem Lüftungsventil (64) zum Ablassen von Dampf aus dem HD-Abschnitt (14) und mit einem Abfangventil (38) zum Einlassen von Dampf in die ND-Abschnitte (16,18) der Turbine (12), gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (101) zum Auswählen des Steuersignals, gemäss welchem das Einlasssteuerventil (28) positioniert wird, wobei die erste Einrichtung mit einer ersten Logikeinrichtung (105,107,109,111,113,115,117,119) versehen ist zum Auswählen eines Gegenstromsteuersignals, welches das Einlasssteuerventil zwangsläufig schliesst, immer dann, wenn die Turbine unter Lastbedingungen arbeitet, bei denen eine durch Luftreibung verursachte übermässige vorbestimmbare Erwärmung in der Turbine (12) erzeugt wird, und zum Auswählen eines Vorwärtsstromsteuersignals zum Positionieren des Einlasssteuerventils (28) gemäss dem Last-und dem Drehzahlbedarf immer dann, wenn die Turbine (12) unter Lastbedingungen arbeitet, bei denen keine derartige Erwärmung erzeugt wird; eine zweite Einrichtung (121) zum Betätigen des Gegenstromventils (62), wobei die zweite Einrichtung mit einer zweiten Logikeinrichtung (123, 125,127, 129) versehen ist, die veranlasst, dass das Gegenstromventil (62) immer dann offen ist, wenn die Turbine (12) bei einer Drehzahl arbeitet, die über einer vorgewählten Drehzahl liegt; und eine dritte Einrichtung (142) zum Betätigen des Lüftungsventils (64), wobei die dritte Einrichtung eine dritte Logikeinrichtung (149,151,153,155,157) enthält, die bewirkt, dass das Lüftungsventil (64) immer dann offen ist, wenn die Turbine (12) unter Bedingungen arbeitet, bei denen eine Erwärmung der genannten Art in der Turbine (12) erzeugt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikeinrichtung (105,107,109,111,113,115,

   117,119) ein erstes Zustimmungssignal und ein Bedarfssignal, das den Grad der Öffnung des Abzweigventils (38) angibt, empfangen kann, um die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals (El) zu bewirken, solange das Bedarfssignal einen ersten vorgewählten Sollwert (X) übersteigt und das erste Zustimmungssignal empfangen wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Logikeinrichtung (149, 151, 153,155, 157) veranlasst, dass das Lüftungsventil (64) offen ist, solange das Einlasssteuerventil (28) um weniger als ein vorgewähltes Aus-mass geöffnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikeinrichtung (105,107,109,111,113,115,

   117,119) bewirkt, dass das Vorwärtsstromsteuersignal nach seiner Auswahl beibehalten wird, und zwar so lange, wie das Bedarfssignal einen zweiten vorgewählten Sollwert (Y) übersteigt, der kleiner als der erste Sollwert ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Logikeinrichtung (123,125, 127,129) bewirkt, dass das Gegenstromventil (62) immer dann offen ist, wenn eine vorgewählte Turbinendrehzahl überschritten ist und das Lüftungsventil (64) in einer offenen Position ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Logikeinrichtung (149,151, 153,155, 157) bewirkt, dass das Lüftungsventil (64) immer dann offen ist, wenn das Einlasssteuerventil (28) weniger als ein vorgewähltes Ausmass geöffnet ist, und die Turbine (12)

   nicht in einem Vorwärmbetriebszustand ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikeinrichtung (105, 107, 109, 111,113,115,

   117,119) eine Einrichtung (111,115) enthält, die bewirkt, s dass das Vorwärtsstromsteuersignal durch die erste Einrichtung (101) beibehalten wird, nachdem das Vorwärtsstromsteuersignal (El) anfänglich gewählt worden ist, und so lange, wie das Bedarfssignal einen zweiten vorgewählten Sollwert (Y) übersteigt, der kleiner ist als der erste Sollwert io (X).
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Logikeinrichtung (123, 125, 127,129) mittels einer 2-aus-3-Redundanzdrehzahldetektor-einrichtung (127), die bestimmt, wann die vorgewählte Turbi-

   ls nendrehzahl überschritten wird, bewirkt, dass das Gegenstromventil (62) offen ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikeinrichtung (105,107,109,111,113,115,

   117,119) ein Signal, welches angibt, dass die Turbine (12) 20 vorgewärmt wird, empfangen kann und die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals immer dann bewirkt, wenn das Signal empfangen wird.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikeinrichtung (105,107,109,111,

    25 113,115,117,119) ein zweites Zustimmungssignal empfangen kann und eine Einrichtung enthält, um die Wahl des Vorwärtsstromsteuersignals immer dann zu bewirken, wenn das Bedarfssignal einen ersten vorgewählten Sollwert (X) übersteigt und das erste Zustimmungssignal oder das zweite 30 Zustimmungssignal empfangen wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zustimmungssignal manuell wählbar ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn-35 zeichnet, dass das zweite Zustimmungssignal durch einen

    Automatikturbinenhochlaufregler (70) automatisch gewählt wird.

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