具有热应力控制器作为主控制器的涡轮机控制单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于控制涡轮机(6，8，10)、尤其用于控制涡轮机(6，8，10)的启动的涡轮机控制单元(1)，所述涡轮机控制单元构成为具有主控制器(2)和内部控制器(3)的级联控制器，其中主控制器是用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器(2)。本发明专利技术同样涉及一种相关的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热应力控制器作为主控制器的涡轮机控制单元
技术介绍
在涡轮机、尤其蒸汽轮机启动时，为了避免构件损坏而避免过快的温度升高。因此，监控承受热应力的构件的温度。如果温度或温度升高超过设定值，那么以对涡轮机功率的控制器产生影响的方式停止功率提升。由此有时在涡轮机启动时出现延迟。在GB2074757A中示出用于在加速、停机和负荷变化的其他时期期间在最大负荷和甩负荷速度下控制蒸汽轮机的组成部分的热应力的方法和装置。从监控的和推导出的变量中，为多个预先选择的涡轮机组成部分中的每个涡轮机组成部分计算负荷率，并且选择用于控制的最低速度。同时，涡轮机的蒸汽加载运行方式根据减小应力的必要性自动地按照部分弧运行方式(Teilbogenbetriebsart)或者按照全弧运行方式(Vollbogenbetriebsart)进行。在US4,208,060A中示出用于蒸汽轮机发电机的监视控制系统，所述监控控制系统具有微电脑子系统的分级系统，所述微电脑子系统与传统的模拟的电动液压的控制系统交互地共同工作，以便能够在涡轮机发电机的所有运行阶段期间实现控制和监控。US2006/233637A1示出涡轮机启动控制器，所述涡轮机启动控制器具有用于预告热负荷的优化启动控制单元，所述热负荷在涡轮机转子中在从当前时间开始到未来的预告周期期间确定，其中将涡轮机加速率和负荷增长率用作为控制变量。US5,044,152A示出用于运行具有燃气轮机系统和蒸发器的组合的发电厂的方法，其中从涡轮机废气的热量中生成蒸汽并且输送给蒸汽轮机，所述蒸汽轮机通过这样产生的蒸汽运行。基于蒸发器的或蒸汽轮机的状态控制通到燃气轮机系统中的入口。
技术实现思路
本专利技术的目的是，尽可能避免、至少减少所述延迟并且同时克服构件的损坏。所述目的尤其通过独立权利要求来实现。从属权利要求给出有利的改进方案。根据本专利技术，提出一种用于控制涡轮机、尤其用于控制涡轮机的启动的涡轮机控制单元，所述涡轮机控制单元构成为级联控制器。如本领域常见的，将级联控制器理解为下述控制器：在所述控制器中，至少两个控制回路交错互连。在此，存在外部的控制回路、所谓的主控制器。所述主控制器具有的目的是：为内部控制回路、即设置在下游的控制回路预设或至少影响设定值。在此，作为主控制器存在用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器。因此，主控制器具有如下目的：预设或影响用于内部控制回路的设定值，使得避免过高的热应力。至今为止，在涡轮机启动时如通常那样借助用于涡轮机功率的控制器对功率、更准确地说对功率提升进行控制。为了避免过高的热应力，测量温度并且在热应力过高时停止启动。因此中断功率提升。为了避免构件的过高的热应力，当然接受时间消耗，直至涡轮机能够达到期望的功率。如果相反地根据本专利技术提出，将用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器设为主控制器，那么能够实现：尽可能充分利用允许的热应力，即例如在启动时将涡轮机的功率提升尽可能高地选择，而不超过构件的允许的热应力。因此能够更快地提高功率并且更快地达到期望的涡轮机功率。除了构成为主控制器的热应力控制器以外，始终还存在内部控制器。热应力控制器将适当的设定值传送给内部控制器，以便实现：控制涡轮机，使得不超过允许的热应力。本专利技术尤其适应于蒸汽轮机，在所述蒸汽轮机中，热应力、尤其在启动时的热应力是重要的问题。但是不应排除：例如本专利技术也使用在燃气轮机中。在一个重要的实施方式中，内部控制器是涡轮机控制器、尤其是涡轮机功率的控制器。这种涡轮机控制器在现有技术中是已知的并且非常好地适合于尤其在涡轮机启动时控制涡轮机。在此情况下，热应力控制器将用于涡轮机的功率的设定值传送给内部控制器。如之后还更详细讨论的那样，在此也能够为用于功率提升的设定值。主要应用情况当然是涡轮机的启动。但是也能够考虑例如在全负荷运行中通过构成为主控制器的热应力控制器避免过热。通常存在热应力计算单元，以便为热应力控制器预设至少一个设定值。热应力计算单元通常从在数据库中存储的数据中计算：温度提高是否是允许的。在一个重要的实施方式中，热应力控制器构成用于涡轮机的这种控制，使得不超过期望的时间上的温度升高、即每单位时间的特定的温度升高。尤其在涡轮机启动时决定性的是，在通常情况下不超过绝对温度。在此，应考虑到的是：当然存在不可超过的温度。但是，在启动期间，对于避免不允许的材料应力决定性的是:不过快地升高温度。因此，热应力控制器通常必须确保温度不过快地升高。返回已经提到的热应力计算单元，这相应地表示：热应力计算单元从检测到的温度值和其时间顺序中能够推断出温度升高。此外，能够对所述温度升高与存储的数据进行比较。这允许确定：温度升高是否能够提高、是否必须降低或是否应保持不变。这些信息能够传送给热应力控制器。从这些信息中，热应力控制器能够生成用于内部控制器的适合的设定值。在一个实施方式中，热应力控制器构成为用于避免通过温差引起的热应力。有时也从一个构件之内的不同温度或从不同构件的不同温度中得出热应力。因此，这例如在下述情况下能够是成问题的：涡轮机的叶片由于变热而膨胀并且涡轮机的壳体由于更慢地变热而更慢地膨胀。因此，有时需要识别引起热应力的温差并且通过控制来避免。在一个实施方式中，涡轮机功率的控制器构成为用于为位置控制器生成设定值，所述位置控制器控制调节阀的位置。调节阀主要影响涡轮机的分别穿流的蒸汽量进而功率或功率变化。因此，在本实施方式中，涡轮机控制单元两级地级联。首先，存在热应力控制器作为在上级设置的主控制器，所述主控制器生成用于涡轮机功率的控制器的设定值。涡轮机功率的控制器还生成用于位置控制器的设定值。在一个实施方式中，涡轮机控制单元构成为分开地控制子涡轮机、尤其高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机。因此，考虑如下情况：尤其由于不同的热应力能够不同地提升功率。当然，通常不能实现完全分开的控制。虽然提供不同的蒸汽路径，但是能够从边界条件中得出各个子涡轮机的功率的一定的相关性，所述边界条件是：蒸汽从高压涡轮机流动到中压涡轮机中并且从那里流动到低压涡轮机中。尽管如此，有利的是，原则上能够分开地控制各个子涡轮机。这允许例如能够较快地提高一个子涡轮机的功率，同时为了避免不期望的热应力而较慢地提高另一子涡轮机的功率。在一个实施方式中，在涡轮机的不同部位处、尤其在高压涡轮机处和/或在中压涡轮机处安置温度传感器。高压涡轮机和中压涡轮机是更强地承受热应力的构件，使得尤其在那里需要温度传感器。在多种情况下，当然有意义地也在低压涡轮机中安置温度传感器。本专利技术也涉及一种用于借助级联控制器来控制涡轮机的方法，所述级联控制器包括主控制器和内部控制器，其中主控制器检测涡轮机的热应力并且将如下设定值传送给内部控制器，所述设定值使得避免涡轮机的不期望的热应力。在此不对方法进行进一步阐述。参照对在上文中描述的涡轮机控制单元的阐述，所述涡轮机控制单元能够用于执行所述方法。在方法的一个实施方式中提出，主控制器通过时间上的温度升高、即通过每单位时间的温度升高来检测涡轮机的热应力，并且确定由此引起的热应力，其中在热应力过高时将降低涡轮机的功率升高的设定值传送给内部控制器；在热应力在期望的范围之内时，传送能够保持功率升高的设定值，和在热应力低于阈值时，传送能够提高功率升高的设定值。清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制涡轮机(6，8，10)的涡轮机控制单元(1)，所述涡轮机控制单元尤其用于控制涡轮机(6，8，10)的启动，所述涡轮机控制单元构成为具有主控制器(2)和内部控制器(3)的级联控制器，其中所述主控制器是用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器(2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.27 EP 14190471.41.一种用于控制涡轮机(6，8，10)的涡轮机控制单元(1)，所述涡轮机控制单元尤其用于控制涡轮机(6，8，10)的启动，所述涡轮机控制单元构成为具有主控制器(2)和内部控制器(3)的级联控制器，其中所述主控制器是用于承受热应力的构件的温度的热应力控制器(2)。2.根据权利要求1所述的涡轮机控制单元，其特征在于，存在涡轮机控制器，尤其涡轮机功率的控制器(3)作为内部控制器。3.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，其特征在于，存在热应力计算单元(4)，以便为所述热应力控制器(2)预设至少一个设定值。4.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，其特征在于，所述热应力控制器(2)构成为用于确保对所述涡轮机(6，8，10)的控制，使得不超过期望的时间上的温度升高。5.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮机控制单元，其特征在于，所述热应力控制器(2)构成为用于避免由温差引起的热应力。6.根据权利要求2至5中任一项所述的涡轮机控制单元，其特征在于，所述涡轮机功率的控制器(3)构成为用于为位置控制器(11)生成设定值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·本瑙尔，马蒂亚斯·霍伊，马丁·奥普海伊，克里斯托夫·申德勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE