VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DARSTELLUNG DES BETRIEBSZUSTANDES EINER TURBINE WÄHREND EINES ANFAHRVORGANGS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung des Betriebszustandes einer Turbine während eines Anfahrvorgangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

[0002] Der Anfahrvorgang einer Turbine, z.B. einer Dampfturbine, vom Stillstand bis zur Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl setzt sich üblicherweise zusammen aus unterschiedlichen Drehzahlanstiegs- und Wartezeiten. Dabei hängt der zeitliche Drehzahlanstieg bis zum Erreichen der Betriebsdrehzahl insbesondere ab von turbinenspezifischen Kenngrößen und vom thermischen Zustand der Turbine.

[0003] Bei einer aus der Druckschrift "Elektrotechnik, Bd. 49, Nr. 20, 30.09.1971, Seiten 903 bis 913" bekannten Startautomatik für Turbogeneratoren wird der Anfahrvorgang eingestellt, indem z.B. vom Turbinenhersteller vorgegebene Drehzahlanstiegs- und Wartezeiten anhand einer aus einer Anzahl von Referenzverläufen ausgewählten Anfahrkennlinie vom Bedienpersonal chronologisch überwacht werden. Dabei besteht allerdings die Gefahr, daß z.B. die vorgegebenen Wartezeiten verkürzt oder verlängert werden und damit die Turbine einer unnötigen Belastung ausgesetzt bzw. der Anfahrvorgang unnötig verlängert wird.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine geeignete Darstellung des Betriebszustandes der Turbine während des Anfahrvorgangs möglich ist. Dies soll bei einer geeigneten Vorrichtung mit einfachen Mitteln erreicht werden.

[0005] Bezüglich des Verfahrens der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

[0006] Der Referenzverlauf stellt dabei die funktionelle Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Turbinendrehzahl von den turbinenspezifischen Kenngrößen und den aus Meßwerten abgeleiteten betriebsrelevanten Parametern dar.

[0007] Jede Anfahrkennlinie ist zweckmäßigerweise durch einen Wert für die Stillstandszeit der Turbine und durch einen Wert für die Turbinentemperatur gekennzeichnet. Daher werden vorteilhafterweise als betriebsrelevante Parameter die Turbinentemperatur und die Stillstandszeit der Turbine erfaßt. Dabei wird die Stillstandszeit aus der Turbinendrehzahl abgeleitet, indem die seit einem Stillstand oder seit einem annähernden Stillstand der Turbine vergangene Zeit erfaßt wird.

[0008] Als ein weiteres Kriterium zur Bestimmung einer Anfahrkennlinie als Referenzverlauf werden prozeß- oder anlagenbedingte Parameter manuell oder mittels einer Logik vorgegeben. Dadurch wird eine Überschreitung kritischer Werte eines von der Turbine angetriebenen Aggregates, z.B. eines Luftverdichters, sicher vermieden.

[0009] Um jeden Anfahrvorgang der Turbine jederzeit nachvollziehen zu können, wird zweckmäßigerweise der abgebildete zeitliche Verlauf der Turbinendrehzahl gleichzeitig gespeichert. Dabei liegt der Speichervorgang zwischen einem Startsignal und einem Stopsignal, das bei Erreichen einer Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl der Turbine abgegeben wird.

[0010] Bezüglich der Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelost durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Darstellung des Anfahrvorgangs einer Turbine.

[0012] Die Figur zeigt die Turbine 2 auf einer Welle 4, über die ein Aggregat 6, z.B. ein Generator oder ein Luftverdichter, angetrieben wird. Dazu wird der Turbine 2 über ein Ventil 8 ein Arbeitsmedium AM zugeführt, das in der Turbine ganz oder teilweise entspannt wird und dabei die Turbine 2 antreibt. Das Arbeitsmedium AM strömt über eine Abströmleitung 10 aus der Turbine 2 ab. Die Turbine 2 ist eine Dampf- oder Gasturbine.

[0013] Zur Erfassung von betriebsrelevanten Parametern der Turbine 2 sind ein erster Sensor 12 zur Messung der Turbinendrehzahl n und ein zweiter Sensor 14 zur Messung der Turbinentemperatur T vorgesehen. Von den Sensoren 12 und 14 geht jeweils eine Signalleitung 16 bzw. 18 aus, über die der Turbinendrehzahl n und der Turbinentemperatur T entsprechende Signale einer gestrichelt dargestellten Einrichtung 20 zur Meßwertaufbereitung und -verarbeitung zugeführt werden. Die Temperatur T wird zweckmäßigerweise am Turbinengehäuse gemessen.

[0014] Die Einrichtung 20 umfaßt einen an die Signalleitung 16 angeschlossenen Umformer 22 und einen an die Signalleitung 18 angeschlossenen Umformer 24. In dem Umformer 22 wird durch eine Grenzwertüberwachung der Turbinendrehzahl n ein für den Drehzustand der Turbine 2 charakteristisches Signal k_s gebildet. Dieses gibt an, ob sich die Turbine 2 im Stillstand oder annähernd im Stillstand befindet. Das Signal k_s wird an ein dem Umformer 22 nachgeschaltetes Zeitmodul 26 weitergeleitet. Bei Eintreffen des Signals k_s wird das Zeitmodul 26 gestartet. Dieses bildet aus dem Signal k_s einen Zeitfaktor k_z, der eine erste Recheneinheit 28 über denjenigen Zeitraum informiert, der seit dem Eintreffen des Stillstands-Signals k_s vergangen ist.

[0015] Da ein Turbinenstillstand bei einer geringen Drehzahl n von wenigen Umdrehungen pro Zeiteinheit meßtechnisch nur ungenau bestimmt werden kann, erfolgt zusätzlich eine Abfrage der Stellung eines Schnellschlußventils des Stellglieds 8 in Form eines Rückmeldungssignals s. Ist das Stellglied 8 geschlossen, so erfolgt eine entsprechende Rückmeldung s an die Recheneinheit 28. Wird gleichzeitig vom Umformer 22 eine Grenzwertunterschreitung der Turbinendrehzahl n erkannt und ein Signal k_s erzeugt, so wird mittels des Zeitfaktors k_z der Beginn des Stillstands-Zeitraums, zu dem die Turbinendrehzahl n gleich Null ist, festgesetzt.

[0016] In dem Umformer 24 wird aus einer Messung der Temperatur T der Turbine 2, z.B. mittels einer Kennlinie, ein Temperaturfaktor k_T gebildet, der den thermischen Zustand der Turbine 2 beschreibt. Der Temperaturfaktor k_T wird an die Recheneinheit 28 weitergeleitet. So liegt der dem möglichen Bereich der Turbinentemperatur T entsprechende Bereich des Temperaturfaktors k_T z.B. zwischen k_T = 0,1 und k_T = 1.

[0017] Um weitere prozeßabhängige Parameter oder Prozeßkriterien, z.B. kritische Werte oder relevante Grenzwerte des von der Turbine 2 angetriebenen Aggregates 6 zu berücksichtigen, wird der Recheneinheit 28 über ein Bedienelement 30 ein einstellbarer Prozeßfaktor k_p zugeführt, der aus den Prozeßkriterien abgeleitet ist.

[0018] Die Recheneinheit 28 ermittelt aus den Faktoren k_T, k_z und k_p sowie aus in einem Speicher 32 abgelegten turbinenspezifischen Kenngrößen einen Referenzverlauf RV für einen Anfahrvorgang der Turbine 2. Dazu enthält der Speicher 32 eine Anzahl von Anfahrkennlinien A_n , von denen eine jede Anfahrkennlinie A_n mit einer Kennung für eine Stillstandszeit t_n und eine Turbinentemperatur T_n versehen ist. Einige typische Anfahrkennlinien A_n mit ihrem zeitabhängigen Soll- oder Referenzdrehzahlverlauf sind in einem Diagramm 33 veranschaulicht. Jeder Anfahrkennlinie A_n sind turbinenspezifische Kenngrößen, wie z.b. Drehzahlanstiegsgradienten m, Wartezeiten w und ein kritischer Drehzahlbereich b, der besonders schnell durchfahren werden muß, zugeordnet.

[0019] Sind die in der Recheneinheit 28 ermittelten Faktoren k_z und k_T keiner von zwei benachbarten Anfahrkennlinien A_n-1 und A_n direkt zuzuordnen, so wird zweckmäßigerweise die Anfahrkennlinie A_n mit den längeren Wartezeiten w und/oder flacheren Drehzahlanstiegsgradienten m als Referenzverlauf RV bestimmt. Ebenso wird mittels des Prozeßfaktors k_p der Fall berücksichtigt, daß das von der Turbine 2 angetriebene Aggregat 6 gegenüber der Turbine 2 längere Wartezeiten w oder flachere Drehzahlanstiegsgradienten m erfordert. Auch in diesem Fall wird eine im Vergleich zu einer allein die Turbine 2 berücksichtigenden Anfahrkennlinie A_n-1 die nächst flachere Anfahrkennlinie A_n bestimmt. Dadurch werden unnötige Belastungen der Turbine 2 und/oder des Aggregats 6 vermieden.

[0020] Der mittels der Faktoren k_T, k_z und k_p bestimmte Referenzverlauf RV wird über eine Signalleitung 34 an eine Anzeigeeinrichtung 36 weitergeleitet und dort in einem Koordinatenfeld 38 dargestellt. Dabei bildet die Abszisse die mit t bezeichnete Zeitachse und die Ordinate die mit n bezeichnete Drehzahlachse.

[0021] Wird die Turbine 2 aus dem Stillstand angefahren, so wird mittels des Signals k_s und der Drehzahl n in einem Umformer 39 ein Startsignal k_a erzeugt. Dieses wird an eine zweite Recheneinheit 40 weitergeleitet. Anstelle der Abfrage des Signals k_s kann auch ein Signal aus einem (nicht dargestellten) Turbinenregler zur Bildung des Startsignals k_a herangezogen werden. Mittels des Startsignals k_a wird in der Recheneinheit 40 der Startzeitpunkt t = 0 des zeitlichen Verlaufs der Turbinendrehzahl n während des Anfahrvorgangs der Turbine 2 bestimmt. Ab diesem Startzeitpunkt t = 0 wird der zeitliche Verlauf der Turbinendrehzahl n in der Recheneinheit 40 während des Anfahrvorgangs der Turbine 2 abgespeichert. Gleichzeitig wird der momentane Istwert der Drehzahl n von der Recheneinheit 40 über eine Signalleitung 42 an die Anzeigeeinrichtung 36 weitergeleitet. Dort wird der aktuelle zeitliche Verlauf AV bis zum momentanen Istwert I dargestellt. Um dem Bedienpersonal einen schnellen Überblick zu ermöglichen, werden der momentane Istwert I und der zum gleichen Zeitpunkt t anstehende Sollwert S des Referenzverlaufs RV in einem Balkendiagramm 44 dargestellt. Wird durch eine Grenzwertabfrage der Drehzahl n in dem Umformer 38 das Erreichen einer Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl der Turbine 2 bemerkt, so wird von dem Umformer 38 ein Stopsignal k_b an die Recheneinheit 40 weitergeleitet; der Speichervorgang wird dann beendet.

[0022] Über die Anzeigeeinrichtung 36 ist der Speicherinhalt der Recheneinheiten 28 und 40 in Kurvenform RV, AV abrufbar. Somit kann jederzeit ein beliebiger Anfahrvorgang der Turbine 2 durch Darstellen des Refernzverlaufs RV und des aktuellen zeitlichen Verlaufs AV abgerufen werden, so daß sowohl während eines aktuellen Anfahrvorgangs als auch bei einer späteren Kontrolle ein direkter Vergleich zwischen dem tatsächlichen Drehzahlverlauf AV und dem Referenzverlauf RV während des Anfahrvorgangs der Turbine 2 möglich ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Darstellung des Betriebszustandes einer Turbine (2) während eines Anfahrvorgangs, bei dem ein aus turbinenspezifischen Kenngrößen (m, w, b) und aus betriebsrelevanten Parametern (k_z, k_T, k_p) ermittelter Referenzverlauf dargestellt wird, wobei als Referenzverlauf (RV) diejenige aus den turbinenspezifischen Größen (m, w, b) abgeleitete Anfahrkennlinie (A_n) bestimmt wird, die mittels der betriebsrelevanten Parameter (k_z, k_T, k_p) aus einer Anzahl von gespeicherten Anfahrkennlinien (An) ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Referenzverlauf (RV) der zeitliche Verlauf (AV) der Turbinendrehzahl (n) abgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß als betriebsrelevante Parameter (k_z, k_T) die Turbinentemperatur (T) und die Stillstandszeit (k_z) der Turbine (2) ermittelt werden, wobei die Stillstandszeit (k_z) aus der Turbinendrehzahl (n) abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der abgebildete zeitliche Verlauf (AV) der Turbinendrehzahl (n) gleichzeitig abgespeichert wird, wobei der Speichervorgang mit einem Startsignal (k_a) begonnen und mit einem bei Erreichen einer Betriebsdrehzahl der Turbine (2) abgegebenen Stopsignal (k_b) beendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Anzeigeeinrichtung (36), die verbunden ist mit einer ersten Recheneinheit (28) zum Generieren eines aus turbinenspezifischen Kenngrößen (m, w, b) und aus betriebsrelevanten Parametern (k_z, k_T, k_p) ermittelten zeitlichen Referenzverlaufs (RV) der Turbinendrehzahl (n), ), wobei ein Speicher (32) für eine Anzahl von die turbinenspezifischen Kenngrößen (n, w, b) charakterisierenden Anfahrkennlinien (A_n) vorgesehen ist, von denen eine jede eine Kennung (t_n, T_n) für eine bestimmte Stillstandszeit (t_n) und eine bestimmte Turbinentemperatur (T_n) aufweist,
gekennzeichnet durch eine zweite Recheneinheit (40) zum Generieren des aktuellen zeitlichen Verlaufs (AV) der Turbinendrehzahl (n).

Claims

1. Method of displaying the operating state of a turbine (2) during a starting operation, in which a reference response (RV) determined from turbine-specific characteristic quantities (m, w, b) and from operationally relevant parameters (k_z, k_T, k_p) is displayed, the starting characteristic (A_n) derived from the turbine-specific quantities (m, w, b), being defined as reference response (RV), which starting characteristic (A_n) is determined by means of the operationally relevant parameters (k_z, k_T, k_p) from a number of stored starting characteristics (A_n), characterized in that the time response (AV) of the turbine speed (n) is depicted in addition to the reference response (RV).

2. Method according to Claim 1, characterized in that the turbine temperature (T) and the shutdown time (k_z) of the turbine (2) are determined as operationally relevant parameters (k_z, k_T), the shutdown time (k_z) being derived from the turbine speed (n).

3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the depicted time response (AV) of the turbine speed (n) is stored at the same time, the storage operation being started with a starting signal (k_a) and being terminated with a stop signal (k_b) emitted when an operating speed of the turbine (2) is reached.

4. Apparatus for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3, having a display device (36) which is connected to a first computing unit (28) for generating a time reference response (RV) of the turbine speed (n) determined from turbine-specific characteristic quantities (m, w, b) and from operationally relevant parameters (k_z, k_T, k_p) , a memory (32) being provided for a number of starting characteristics (A_n) characterizing the turbine-specific characteristic quantities (n, w, b), of which starting characteristics (A_n) each has an identification (t_n, T_n) for a certain shutdown time (t_n) and a certain turbine temperature (T_n), characterized by a second computing unit (40) for generating the actual time response (AV) of the turbine speed (n).

Revendications

1. Procédé de représentation de l'état de fonctionnement d'une turbine (2) pendant un processus de mise en marche, selon lequel on représente un régime de référence déterminé à partir de grandeurs caractéristiques (m, w, b) spécifiques à la turbine et de paramètres de fonctionnement significatifs (k_z, k_T, k_p), la courbe caractéristique (A_n) de mise en marche définie à titre de régime de référence (RV) étant celle qui est dérivée des grandeurs caractéristiques (m, w, b) spécifiques à la turbine, qui est définie au moyen des paramètres de fonctionnement significatifs (k_z, k_T, k_p) à partir d'une série de courbes caractéristiques (A_n) de mise en marche mémorisées,
   caractérisé par le fait qu'il consiste à reproduire, outre le régime de référence (RV), l'évolution (AV) dans le temps de la vitesse de rotation (n) de la turbine.

2. Procédé selon la revendication 1,
   caractérisé par le fait que la température (T) de la turbine et le temps d'arrêt (k_z) de la turbine (2) sont déterminés comme paramètres de fonctionnement significatifs (k_z, k_T), le temps d'arrêt (k_z) étant dérivé de la vitesse de rotation (n) de la turbine.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
   caractérisé par le fait que l'évolution (AV) dans le temps de la vitesse de rotation (n) de la turbine, qui est reproduite, est simultanément mémorisée, le processus de mémorisation étant commencé avec un signal de mise en marche (k_a), et terminé avec un signal d'arrêt (k_b), qui est émis lorsqu'une vitesse de rotation de fonctionnement de la turbine (2) est atteinte.

4. Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant un dispositif d'affichage (36) qui est relié à une première unité de calcul (28) afin de générer un régime de référence (RV) dans le temps de la vitesse de rotation (n) de la turbine, qui est déterminé à partir de grandeurs caractéristiques (m, w, b) spécifiques à la turbine et de paramètres de fonctionnement significatifs (k_z, k_T, k_p), une mémoire (32) étant prévue pour une série de courbes caractéristiques (A_n) de mise en marche caractérisant les grandeurs caractéristiques (n, w, b) spécifiques à la turbine, chacune de ces courbes comportant une identification (t_n, T_n) pour un temps d'arrêt défini (t_n) et une température définie (T_n) de la turbine,
   caractérisé par une deuxième unité de calcul (40) destinée à la génération de l'évolution actuelle (AV) dans le temps de la vitesse de rotation (n) de la turbine.

Zeichnung