RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 205375 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 376272 (51) Int.Cl. F01D 17/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 21.07.2005 (54) Sposób sterowania zaworów regulacyjnych turbiny parowej (43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.01.2007 BUP 02/07 (73) Uprawniony z patentu: STEFANIAK ZBYSŁAW T. M. A. ZAKŁAD INNOWACJI TECHNICZNYCH, ELBLĄG, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2010 WUP 04/10 (72) Twórca(y) wynalazku: ZBYSŁAW STEFANIAK, ELBLĄG, PL PL 205375 B1
2 PL 205 375 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania pracą zaworów regulacyjnych zasilania segmentów dyszowych części wysokoprężnej turbiny parowej, dla minimalizacji strat na stopniu regulacyjnym. Znanych jest szereg rozwiązań systemów regulacji turbin parowych. W znanych sposobach regulacji ilościowej, zmianie podlega ilość pary dopływającej do turbiny, w zależności od jej obciążenia. Para w turbinie parowej doprowadzana jest do kilku, zwykle od 3 do 5, segmentów dyszowych o różnej przepustowości, przez przynależny do każdego z segmentów, zawór regulacyjny. Przymykanie i otwieranie kolejnych zaworów pozwala na wzrost lub obniżenie mocy turbiny na skutek zmiany ilości pary podawanej za segmenty dyszowe. Otwarcie zaworu regulacyjnego następuje według zadanego programu, niezmiennego podczas pracy turbiny. Według tego rozwiązania sposobu regulacji pracuje zdecydowana większość turbin parowych. W tym znanym sposobie regulacji, po osiągnięciu przez pierwszy segment dyszowy górnego założonego wydatku pary, rozpoczyna się otwieranie zaworu regulacyjnego drugiego segmentu dyszowego przy utrzymaniu górnego założonego wydatku pary w tym pierwszym segmencie dyszowym. Po osiągnięciu przez ten drugi segment dyszowy górnego założonego wydatku pary, i przy dalszym wzroście wymaganej mocy pobieranej, rozpoczyna się otwieranie zaworu regulacyjnego trzeciego segmentu dyszowego, przy utrzymaniu górnego założonego wydatku pary w obu poprzednich segmentach dyszowych, a więc przy utrzymaniu osiągniętego stopnia otwarcia dwóch pierwszych zaworów, zasilających pierwszy oraz drugi segment dyszowy. Według tego znanego sposobu sterowania, w podobnym momencie rozpoczyna się otwieranie czwartego zaworu regulacyjnego dolotu pary do czwartego segmentu dyszowego, przy utrzymaniu w pierwszych trzech zaworach osiągniętych górnych granicznych wartości przepływu pary. Inne znane rozwiązanie zastosowano po wprowadzeniu do pracy zaworów indywidualnie sterowanych serwomotorami. Do sterowania mocą turbin zaproponowano zmodyfikowaną wersję regulacji ilościowej, tzw. sterowanie ekstremalne mocy turbozespołu. Polega ono na tym, że sekwencyjnie otwiera się zawory regulacyjne, i dobiera się w tym czasie ich wydatek do ściśle określonej mocy, dobierając również kolejność otwarcia poszczególnych zaworów. Sprawność stopnia regulacyjnego turbiny, przy obciążeniach częściowych, zależy tu od ilości zaworów regulacyjnych, od przelotności i sprawności poszczególnych zaworów, oraz od sekwencji ich otwierania. Każdej sekwencji otwierania zaworów odpowiada z reguły inna sprawność stopnia regulacyjnego turbiny. W tym znanym sposobie sterowania turbiny parowej optymalizację wyników w zakresie sprawności turbiny uzyskuje się przez modernizację układu rozrządu pary, na przykład przez wprowadzenie nowych zaworów regulacyjnych o zmiennych średnicach, oraz przez wprowadzenie różnej ilości dysz w poszczególnych segmentach dyszowych. Kolejne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym wynalazku nr DE (DD) 134 275. Według tego znanego rozwiązania, sygnał proporcjonalny do obrotów turbiny podaje się do licznika obrotów, gdzie ten sygnał porównuje się z wartością drugiego sygnału. W przypadku nierówności tych sygnałów, podaje się sygnał hydrauliczny z licznika obrotów na zbiornik urządzenia hydraulicznego co powoduje zmiany przekroju czynnego zaworów. Kolejne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie zgłoszeniowym patentu europejskiego nr EP 1 191 190. Według tego znanego rozwiązania, sposób regulacji turbiny parowej, polega na tym, że parę doprowadza się do turbiny parowej przez co najmniej trzy zawory, gdzie jeden z zaworów jest zaworem regulacyjnym, a co najmniej dwa zawory są sterowane. Te dwa zawory sterowane są serwomotorami. Według tego znanego rozwiązania, dla zmiany wielkości mocy pobieranej z turbiny, otwiera się najpierw zawór regulacyjny. Przy przekroczeniu ustalonej pierwszej wartości sygnału wyjściowego regulacji stosowanego do regulowania zaworu regulacyjnego, i po stwierdzeniu pozytywnego skutku, otwiera się zawór sterujący. Następnie, po przekroczeniu ustalonej drugiej wartości sygnału wyjściowego regulacji i stwierdzeniu pozytywnego skutku, otwiera się drugi zawór regulacyjny. Natomiast przy przekroczeniu ustalonej trzeciej wartości sygnału wyjściowego i stwierdzeniu pozytywnego skutku, otwiera się drugi zawór sterujący. Celem wynalazku jest optymalizacja sterowania zaworów regulacyjnych polegająca na minimalizacji strat stopnia regulacyjnego. Proponowane rozwiązanie ma na celu modyfikację regulacji metodą ilościową.
PL 205 375 B1 3 Według wynalazku, sposób sterowania zaworami regulacyjnymi części wysokoprężnej turbiny parowej, polega na tym, że w miarę wzrostu obciążania turbiny strumieniem pary, otwiera się stopniowo kolejne zawory regulacyjne podające parę na kolejne segmenty dyszowe. Celem regulacji jest utrzymanie liniowości mocy turbiny w zależności od ilości pary przepływającej przez turbinę. Sposób sterowania według wynalazku charakteryzuje się tym, że w miarę wzrostu strumienia przepływu pary przez pierwszy zawór regulacyjny i po osiągnięciu założonego wydatku pary otwiera się drugi zawór regulacyjny na określoną wielkość i w tym samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny o tę samą ilość pary o jaką otwarto drugi zawór regulacyjny. Następnie w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwiera się dalej pierwszy zawór regulacyjny i utrzymuje się drugi zawór regulacyjny na tym samym stopniu otwarcia. W kolejnym etapie, po osiągnięciu określonego wydatku pary pierwszego zaworu regulacyjnego, wynikającego z liniowej zależności ilości pary w funkcji sygnału sterującego, przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny, począwszy od tej pierwotnie określonej wielkości. Podczas kiedy otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny, otwiera się również pierwszy zawór regulacyjny. Po osiągnięciu założonego wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego oraz drugiego zaworu regulacyjnego, otwiera się trzeci zawór regulacyjny na określona wielkość i w tym samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny oraz drugi zawór regulacyjny o tę samą ilość pary o jaką otwarto trzeci zawór regulacyjny. W innym korzystnym wykonaniu sposobu sterowania, w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwierają się dalej pierwszy zawór regulacyjny oraz drugi zawór regulacyjny, pracujące razem. W tym przypadku utrzymuje się trzeci zawór regulacyjny na tym samym stopniu otwarcia, zaś po osiągnięciu określonego wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego oraz drugiego zaworu regulacyjnego pracujących razem, i przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo trzeci zawór regulacyjny począwszy od tej pierwotnie określonej wielkości, przy czym wszystkie trzy zawory regulacyjne realizują założoną liniową zależność przepływu pary od sygnału sterującego. Według wynalazku, sposób regulacji pozwolił wyeliminować pracę układu w obszarach najniższych sprawności rozrządu. Znane jest zjawisko niskiej sprawności pracy rozrządu w początkowych strefach otwarcia zaworów regulacyjnych. Wydatek pary jest w tych początkowych strefach tak niski, że powoduje to znaczne obniżenie ogólnej sprawności stopnia regulacyjnego turbiny. Dzięki rozwiązaniu według wynalazku kolejne zawory zasilające segmenty dyszowe, poza zaworem pierwszym, otwiera się przy wykorzystaniu algorytmu, zakładającego otwarcie każdego z tych kolejnych zaworów, skokowo, do stopnia otwarcia poza tą początkową strefą i równoczesne przymknięcie poprzedniego zaworu regulacyjnego o wartość tego skoku. Dzięki zaproponowanemu sposobowi sterowania, oba zawory, poprzedni i następny pracują w strefach wymaganej sprawności turbiny. Dzięki sposobowi według wynalazku uniknięto stref niskiej sprawności rozrządu turbiny. Sposób sterowania zaworami regulacyjnymi części wysokoprężnej turbiny parowej zilustrowano w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym pokazano zależność pomiędzy masowym natężeniem przepływu pary wyrażonym w tonach pary na godzinę, przez zawory WPI, WPII, WPIII, WPIV, a stopniem otwarcia tych zaworów dla turbiny 13UP50 oraz 13UP55. Sposób według tego przykładu wykonania polega na tym, że w miarę wzrostu obciążania turbiny strumieniem pary, otwiera się stopniowo kolejne zawory WPI, WPII, WPIII, WPIV regulacyjne, podające parę na kolejne segmenty dyszowe. Jak to pokazano na załączonym rysunku, w miarę wzrostu strumienia przepływu pary przez pierwszy zawór regulacyjny WPI i po osiągnięciu przykładowego wydatku pary ~91,5 t/h otwiera się drugi zawór regulacyjny WPII na przykładową wielkość wydatku pary ~30,6 t/h i w tym samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny WPI o tę samą wielkość wydatku pary ~30,6 t/h o jaką otwarto drugi zawór regulacyjny WPII. Następnie w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwiera się dalej pierwszy zawór regulacyjny WPI i utrzymuje się drugi zawór regulacyjny WPII na tym samym wydatku pary ~30,6 t/h. W kolejnym etapie, po osiągnięciu wydatku pary ~102 t/h pierwszego zaworu regulacyjnego WPI, wynikającego z liniowej zależności ilości pary w funkcji sygnału sterującego, przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny WPII, począwszy od tej pierwotnie określonej wielkości wydatku pary ~102 t/h. Podczas kiedy otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny WPII od wymienionej wielkości wydatku pary ~102 t/h, otwiera się również pierwszy zawór regulacyjny WPI. Po osiągnięciu założonego wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego WPI oraz drugiego zaworu regulacyjnego WPII, otwiera się trzeci zawór regulacyjny WPIII na wielkość wydatku pary ~45,9 t/h i w tym
4 PL 205 375 B1 samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny WPI oraz drugi zawór regulacyjny WPII o tę samą wielkość wydatku pary ~45,9 t/h o jaką otwarto trzeci zawór regulacyjny WPIII. W innym przykładowym wykonaniu sposobu sterowania, w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwierają się dalej pierwszy zawór regulacyjny WPI oraz drugi zawór regulacyjny WPII, pracujące razem. W tym przykładzie wykonania utrzymuje się trzeci zawór regulacyjny WPIII na tym samym wydatku pary ~45,9 t/h, zaś po osiągnięciu wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego WPI oraz drugiego zaworu regulacyjnego WPII pracujących razem na wysokości -177,9 t/h, i przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo trzeci zawór regulacyjny WPIII począwszy od wielkości wydatku pary ~177,9 t/h, przy czym wszystkie trzy zawory regulacyjne WPI, WPII, WPIII realizują założoną liniową zależność przepływu pary od sygnału sterującego. Na załączonym rysunku pokazano przebiegi zależności wydatku pary od skoku poszczególnych zaworów, przy czym ominięte strefy pracy kolejnych zaworów poza pierwszym zaworem regulacyjnym WPI, zaznaczono w postaci pól zakreskowanych. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób sterowania zaworami regulacyjnymi części wysokoprężnej turbiny parowej, polegający na tym, że w miarę wzrostu obciążania turbiny strumieniem pary, otwiera się stopniowo kolejne zawory regulacyjne podające parę na kolejne segmenty dyszowe dla utrzymania liniowości mocy turbiny w zależności od ilości pary przepływającej przez turbinę, znamienny tym, że w miarę wzrostu strumienia przepływu pary przez pierwszy zawór regulacyjny /WPI/ i po osiągnięciu założonego wydatku pary otwiera się drugi zawór regulacyjny /WPII/ na określona wielkość i w tym samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny /WPI/ o tę samą ilość pary o jaką otwarto drugi zawór regulacyjny /WPII/, a następnie w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwiera się dalej pierwszy zawór regulacyjny /WPI/ i utrzymuje się drugi zawór regulacyjny /WPII/ na tym samym stopniu otwarcia, zaś po osiągnięciu określonego wydatku pary pierwszego zaworu regulacyjnego /WPI/ przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny /WPII/ począwszy od tej pierwotnie określonej wielkości, przy czym podczas kiedy otwiera się stopniowo drugi zawór regulacyjny /WPII/, otwiera się również pierwszy zawór regulacyjny /WPI/. 2. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że po osiągnięciu założonego wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego /WPI/ oraz drugiego zaworu regulacyjnego /WPII/ otwiera się trzeci zawór regulacyjny /WPIII/ na określoną wielkość i w tym samym czasie przymyka się pierwszy zawór regulacyjny /WPI/ oraz drugi zawór regulacyjny /WPII/ o tę samą ilość pary o jaką otwarto trzeci zawór regulacyjny. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w miarę dalszego wzrostu strumienia pary otwierają się dalej pierwszy zawór regulacyjny /WPI/ oraz drugi zawór regulacyjny /WPII/ i utrzymuje się trzeci zawór regulacyjny /WPIII/ na tym samym stopniu otwarcia, zaś po osiągnięciu określonego wydatku pierwszego zaworu regulacyjnego /WPI/ oraz drugiego zaworu regulacyjnego /WPII/ i przy dalszym wzroście strumienia przepływu pary, otwiera się stopniowo trzeci zawór regulacyjny /WPIII/ począwszy od tej pierwotnie określonej wielkości, przy czym wszystkie trzy zawory regulacyjne /WPI, WPII, WPIII/ realizują założoną liniową zależność przepływu pary od sygnału sterującego.
PL 205 375 B1 5 Rysunek
6 PL 205 375 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.