Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine mit zwei Dampfzuführungen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (2), wobei über ein erstes Ventil (3) in einer ersten Dampfzuführung (5) und über ein zweites Ventil (4) in einer zweiten Dampfzuführung (6) Dampf der Dampfturbine zugeführt wird, wobei die Ventile (3, 4) asymmetrisch zueinander geregelt werden, so dass beim Auftreten von unzulässigen Schwingungen ein Ventil zufährt und das andere auffährt mit dem Ziel, den gewünschten Gesamtmassenstrom einzustellen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine umfassend eine an die Dampfturbine angeschlossene erste Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung sowie einem in der ersten Dampfzuführung angeordneten ersten Ventil und einem in der zweiten Dampfzuführung angeordneten zweiten Ventil.

[0002] In Dampfkraftanlagen wird Dampf in einem Dampferzeuger erzeugt, der über Zuleitungen zur Dampfturbine geführt wird. Die Zuleitungen münden in Dampfzuführungen. In den Dampfzuführungen sind Ventile eingebaut, die den Dampfdurchfluss regeln. Somit werden zur Regelung der Dampfturbinenleistung vor der Dampfturbine ein oder mehrere Ventile eingebaut. Es sind verschiedene Betriebsweisen einer Dampfturbine denkbar. So ist es möglich die Dampfturbine bei Volllast zu betreiben. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Dampfturbine bei Teillast zu betreiben. Das bedeutet, dass durch die Ventile und in die Dampfturbine nicht der gesamte Massenstrom, der im Dampferzeuger erzeugt wird, in die Dampfturbine strömt.

[0003] In diesem Teillastbetrieb werden die Ventile ein wenig zugefahren, so dass nur ein Teil des maximal möglichen Gesamtmassenstroms in die Dampfturbine strömen kann. Allerdings neigen die Ventile in solch einem Teillastbetrieb dazu Schwingungen durchzuführen. Denn durch Androsseln in Teillast können sich die Strömungszustände im Ventil ändern und möglicherweise zu einer Anregung der ganzen Struktur, die aus Ventil und Leitungen gebildet ist, führen. Dies ist kritisch zu betrachten, da sich durch die zeitlich ändernden und möglicherweise zyklisch wiederholenden Belastungen die Bauteile stark beansprucht werden, was unter Umständen zu Rissen in den Bauteilen führen könnte, was es zu vermeiden gilt.

[0004] Darüber hinaus könnten unter Umständen unzulässig hohe instationäre Kräfte auf dem Ventilteller entstehen, die zu einer Schädigung des Ventils insgesamt führen.

[0005] Dem Problem der zur Schwingungen neigenden Ventile im Teillastbetrieb könnte man dadurch entgegen, dass entweder solch ein Ventil neu entwickelt oder ein anderes Ventil eingebaut wird, was allerdings zu Stillständen und Materialkosten führt.

[0006] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem Schwingungen vermieden werden können.

[0007] Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Dampfturbinenanordnung anzugeben, deren Ventile nicht zu Schwingungen führen.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine umfassend eine an die Dampfturbine angeschlossene erste Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung sowie einem in der ersten Dampfzuführung angeordneten ersten Ventil und einem in der zweiten Dampfzuführung angeordneten zweiten Ventil, wobei beim Auftreten von unzulässigen Ventilschwingungen das erste Ventil zufährt und das zweite Ventil auffährt.

[0009] Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Dampfkraftanlage, die mehr als ein Ventil besitzt, die Ventile derart zu betreiben, dass sie asymmetrisch betätigt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß darin, dass ein kritischer Betriebszustand eines einzelnen Ventils erkannt wird. Damit der Massenstrom in die Dampfturbine gleichmäßig erfolgt, wird das zweite sich nicht im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil an den kritischen Betriebszustand des ersten Ventils angepasst. Das bedeutet, dass die Ventilöffnungen gegenläufig zueinander ausgebildet werden. Wenn beispielsweise das erste sich im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil zufährt, wird das zweite sich nicht im kritischen Betriebszustand befindliche Ventil auffahren, um somit den Gesamtmassenstrom, der in die Dampfturbine führt, nicht zu ändern.

[0010] Dadurch kann der kritische Betriebszustand des ersten Ventils schnell überbrückt und dennoch eine gleichmäßige Massenstromänderung bereitgestellt werden.

[0011] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.

[0012] So werden in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der erste Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil zur Detektierung der unzulässigen Ventilschwingungen angeordnet.

[0013] Zur Detektion des kritischen Betriebszustandes wird somit eine physikalische Größe ermittelt, was durch einen Beschleunigungsaufnehmer erfolgt. Das bedeutet, dass die Stellung des Ventilkörpers ermittelt werden kann und aus den Daten ein möglicherweise kritischer Betriebszustand diagnostiziert wird. Sofern ein solcher kritischer Betriebszustand vorliegt, wird über einen im zweiten Ventil befindlicher Beschleunigungsaufnehmer der Betriebszustand des zweiten Ventils überprüft und die erfindungsgemäße Gegenmaßnahme ergriffen, die darin besteht, dass die Ventilkörper asymmetrisch zueinander betrieben werden. Mit anderen Worten: die beiden Ventile werden asymmetrisch geregelt, so dass beim Auftreten von Schwingungen ein Ventil zufährt und das andere auffährt mit dem Ziel, den gewünschten Gesamtmassenstrom einzustellen und gleichzeitig möglichst kurz in dem gefährdeten Betriebsbereich des einzelnen Ventils zu verbleiben.

[0014] Solch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann vorteilhafterweise in bestehenden Dampfkraftanlagen nachträglich angeordnet werden. Eine Programmierung der Ventilsteuerung ist möglich, was zu einem geringen Aufwand führt. Vorteilhafterweise werden dadurch Stillstandszeiten weitestgehend vermieden.

[0015] Ebenso ist die Erfindung vorteilhafterweise nach Dampfturbinenumbauten in einer Dampfkraftanlage bzw. bei Upgradings einer Dampfkraftanlage einsetzbar. Denn durch die aktive Überwachung und adaptive Vermeidungsstrategie von Ventilschwingungen können Schäden in den Ventilen weitestgehend vermieden werden.

[0016] In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das erste Ventil und das zweite Ventil derart zu- und aufgefahren, dass ein vorgegebener Gesamtdampfmassenstrom in die Dampfturbine erreicht wird.

[0017] Somit kann die Dampfturbine trotz einer unerwünschten Ventilschwingung in einem gewünschten Leistungsbereich betrieben werden.

[0018] In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Erfindung anwendbar bei Dampfkraftanlagen mit mehr als zwei Ventilen. So ist die Erfindung anwendbar bei Dampfkraftanlagen mit beispielsweise drei, vier oder mehr Ventilen. Erfindungsgemäß werden die Ventile asymmetrisch zueinander betrieben.

[0019] Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Dampfturbinenanordnung mit einer Dampfturbine und einer ersten Dampfzuführung und einer zweiten Dampfzuführung, wobei ein erstes Ventil in der ersten Dampfzuführung und ein zweites Ventil in der zweiten Dampfzuführung angeordnet ist, wobei ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil angeordnet ist.

[0020] Die Dampfturbinenanordnung wird mit einer Regelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet.

[0021] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0022] Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt in schematischer Weise die Erfindung.

[0023] Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage,

Figur 2

Darstellung von Massenströmen.

[0024] Die Figur 1 zeigt einen Teil einer Dampfkraftanlage 1 umfassend eine Dampfturbine 2 und ein erstes Ventil 3 sowie ein zweites Ventil 4. Die Dampfturbine 2 ist mit nicht näher dargestellten Leit- und Laufschaufeln ausgebildet und wird über eine erste Dampfzuführung 5 und einer zweiten Dampfzuführung 6 mit Dampf aus einem nicht näher dargestellten Dampferzeuger mit Dampf versorgt.

[0025] In der ersten Dampfzuführung 5 ist das erste Ventil 3 angeordnet. In der zweiten Dampfzuführung 6 ist das zweite Ventil 4 angeordnet. Sowohl das erste Ventil 3 als auch das zweite Ventil 4 umfassen einen nicht näher dargestellten Ventilkörper, der gegenüber einem Ventilteller bewegbar ausgeführt ist. Eine Bewegung des Ventilkörpers zum Ventilteller hin führt zu einem Zufahren des Ventils. Eine Bewegung des Ventilkörpers vom Ventilteller weg führt zu einem Auffahren des Ventils. Ein auffahrendes Ventil führt zu einer Erhöhung des Dampfmassenstroms durch das Ventil. Eine Bewegung des Ventilkörpers zu dem Ventilteller hin führt zu einer Verringerung des Dampfmassenstroms.

[0026] Das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 können baugleich ausgeführt werden. In alternativen Ausführungsformen kann das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 unterschiedlich zueinander ausgebildet werden. Die Dampfturbine 2 ist in der in Figur 1 dargestellten Ausführung zweiflutig ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen kann die Dampfturbine 2 einflutig ausgebildet sein.

[0027] Die Dampfturbine 2 wird nun folgendermaßen betrieben:

[0028] Ein erster Beschleunigungsaufnehmer(nicht dargestellt), der im ersten Ventil 3 angeordnet ist, erfasst eine Bewegung des Ventilkörpers. Ebenso ist ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer (nicht dargestellt) im zweiten Ventil 4 angeordnet und zur Erfassung von Bewegungen des Ventilkörpers ausgebildet. Sofern der erste Beschleunigungsaufnehmer oder der zweite Beschleunigungsaufnehmer eine unzulässige Ventilschwingung detektiert, werden das erste Ventil 3 und das zweite Ventil 4 asymmetrisch zueinander betrieben. Das bedeutet, dass eine Regelung in diesem Fall eingreift, die dazu führt, dass das erste Ventil 3 zufährt und das zweite Ventil 4 auffährt. Die Regelung ist hierbei derart ausgebildet, dass das erste Ventil 3 bzw. das zweite Ventil 4 gegensinnig zueinander den Massenstrom regelt. Das bedeutet, dass ein Zufahren des einen, beispielsweise ersten Ventils 3, zu einem Auffahren des zweiten Ventils 4 oder andersrum führt.

[0029] Diese asymmetrische Regelung der Ventilöffnung ist derart, dass beim Auftreten von Schwingungen der gewünschte Gesamtmassenstrom, der sich durch den Massenstrom durch das erste Ventil 3 und dem Massenstrom durch das zweite Ventil 4 zusammensetzt, möglichst nicht verändert wird.

[0030] Die Figur 2 zeigt auf der Y-Achse den Massenstrom und auf der X-Achse die Zeit. Bei der Zeit t₀, die durch die gestrichelte Linie symbolisiert wird, wird eine Ventilschwingung bei dem zweiten Ventil 4 detektiert. Die mittlere Linie 9 zeigt den Massenstrom durch das zweite Ventil 4. Bis zum Zeitpunkt t₀ ist der Verlauf des Dampfmassenstroms durch das zweite Ventil 4 gleichmäßig. Zum Zeitpunkt t₀ werden Ventilschwingungen detektiert, die zu einem Zuführen des zweiten Ventils 4 führen. Erfindungsgemäß wird nunmehr, wie es die untere Linie 10 symbolisiert, der Dampfmassenstrom durch das erste Ventil 3 geregelt. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt t₀ das erste Ventil 3 auffährt, so dass der Dampfmassenstrom vergrößert wird. Dies erfolgt bis zum Zeitpunkt t₁, bei dem sich die Verhältnisse bis zum Zeitpunkt t₂ umkehren. D.h., das erste Ventil 3 fährt zu, so dass sich der Dampfmassenstrom, der durch die untere Linie 10 dargestellt wird, verringert und das zweite Ventil 4 auffährt, so dass sich der Dampfmassenstrom, der durch die mittlere Linie 9 dargestellt wird, vergrößert. Zum Zeitpunkt t2 seien die Ventilschwingungen verschwunden, so dass ab dem Zeitpunkt t₂ der Verlauf der Dampfmassenströme, die durch die mittlere Linie 9 und die untere Linie 10 dargestellt sind, wieder gleichmäßig verlaufen.

[0031] Die obere Linie 11 zeigt den Dampfmassenstrom, der durch das erste Ventil 3 und durch das zweite Ventil 4 strömt, in Summe. Es ist zu sehen, dass der Dampfmassenstrom, der durch die obere Linie 11 dargestellt wird, keinen Knick zeigt, weder bei dem Zeitpunkt t₀ noch bei den Zeitpunkten t₁ oder t₂. Somit kann der Gesamtmassenstrom gleichmäßig in die Dampfturbine 2 strömen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine (2) umfassend eine an die Dampfturbine (2) angeschlossene erste Dampfzuführung (5) und einer zweiten Dampfzuführung (6) sowie einem in der ersten Dampfzuführung (5) angeordneten ersten Ventil (3) und einem in der zweiten Dampfzuführung (6) angeordneten zweiten Ventil (4),
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Auftreten von unzulässigen Ventilschwingungen das erste Ventil (3) zufährt und das zweite Ventil (4) auffährt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil (3) und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil (4) zur Detektierung der unzulässigen Ventilschwingungen angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das erste Ventil (3) und das zweite Ventil (4) derart zufährt und auffährt, dass ein vorgegebener Gesamtdampfmassenstrom in die Dampfturbine (2) erreicht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem dritten, vierten und weiteren Ventil, die asymmetrisch betrieben werden.

5. Dampfturbinenanordnung mit einer Dampfturbine (2) und einer ersten Dampfzuführung (5) und einer zweiten Dampfzuführung (6),
wobei ein erstes Ventil (3) in der ersten Dampfzuführung (5) und ein zweites Ventil (4) in der zweiten Dampfzuführung (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Beschleunigungsaufnehmer im ersten Ventil (3) und ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer im zweiten Ventil (4) angeordnet sind.

6. Dampfturbinenanordnung mit einer Regelung, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.

Zeichnung