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Dokumentenidentifikation DE102006030108A1 03.01.2008
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen eines Ventiltests an einer Turbomaschine
Anmelder MAN TURBO AG, 46145 Oberhausen, DE
Erfinder Blotenberg, Wilfried, Dr., 46535 Dinslaken, DE;
Gebhardt, Ulrich, 58332 Schwelm, DE
DE-Anmeldedatum 28.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006030108
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse F04D 27/02(2006.01)A, F, I, 20060628, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01D 17/10(2006.01)A, L, I, 20060628, B, H, DE   
Zusammenfassung Strömungsmaschine mit einem ersten Prozessstellelement (5), einem zweiten Prozessstellelement (8) und einem Testsystem zum Testen des ersten Prozessstellelements, wobei das erste Prozessstellelement und das zweite Prozessstellelement die gleiche Prozessgröße beeinflussen. Für einen Test des ersten Prozessstellelementes (5) ändert das Testsystem über das zweite Prozessstellelement (8) die Prozessgröße. Über das erste Prozessstellelement (5) wird diese Änderung der Prozessgröße durch das zweite Prozessstellelement (8) wieder kompensiert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen eines Funktionstests von Stellorganen an einer Strömungsmaschine und insbesondere eines Teilhubtests bzw. partial stroke test an Ventilen.

Bei vielen technischen Systemen befinden sich bestimmte Stellorgane bzw. Prozessstellelemente, wie z. B. Ventile für eine längere Betriebszeit in einer unveränderten Position. Dies ist insbesondere für die Prozessstellelemente der Fall, die nur in Notfall – oder Störfallsituationen zum Einsatz kommen sollen. Durch die seltene Betätigung des Prozessstellelements kann beispielsweise aufgrund von Ablagerungen, Verschleiß oder thermischen Verformungen ein teilweises oder vollständiges Blockieren auftreten. Handelt es sich bei dem Prozessstellelement um ein Ventil, das nur im Notfall geöffnet werden soll, bleibt ein schadhaftes, weil blockierendes Ventil, so lange unbemerkt, bis das Ventil im Notfall betätigt werden soll. Ein Beispiel für ein derartiges Schutzsystem ist ein Pumpgrenzregelventil an Turbokompressoren. Das heißt, das Pumpgrenzregelventil schützt vor dem so genannten Pumpen. Pumpen tritt auf, wenn der Betriebspunkt des Turbokompressors durch Verringern der Fördermenge oder durch einen Anstieg des Enddruckes in den instabilen Bereich des Kennfeldes gerät. Beim Pumpen kommt es zum zyklischen Fördern und Rückströmen des komprimierten Gases. Dadurch entstehen hohe Vibrationen, Druckstöße und ein rascher Temperaturanstieg im Turbokompressor. Mögliche Folgen sind Lager-, Laufrad- oder Schaufelschäden und damit verbundene Betriebsausfälle. Das Pumpgrenzregelventil muss auf Grund seiner seltenen durch Notfälle bedingte Betätigung regelmäßig auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.

Im Stand der Technik wird dieser Problemstellung bei Ventilen durch so genannte Teilhubtests begegnet. Bei diesen Teilhubtests wird das Ventil in regelmäßigen zeitlichen Abständen derart betätigt, dass es einen geringen Teil seines Hubweges durchfährt. Die Hubbewegung des Ventils wird überwacht und dadurch die Funktionalität geprüft.

Der Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Teilhubtests ist darin zu sehen, dass die Betätigung des Ventils den Betrieb des der Turbomaschine nach gelagerten Gesamtprozesses beeinflusst. Aus diesem Grund wird nur ein geringer Hub durchfahren oder die Testdauer auf ein Minimum reduziert, um den Einfluss auf den Betrieb so gering wie möglich zu halten. Pumpgrenzregelventile sind üblicherweise für ca. 200% des Kompressornennförderdurchfluss ausgelegt. Öffnet das Pumpgrenzregelventil nur um 5%, gelangen 10% weniger Förderdurchfluss zum Prozess. Dies stellt für viele Prozesse eine unakzeptable Betriebsstörung dar. Andererseits gibt ein Test von weniger als 5% des Ventilhubs in vielen Anwendungsfällen keine ausreichende Sicherheit, dass das Ventil im Anforderungsfall auch über einem weiteren Hubbereich sicher arbeitet.

Durch den Teilhubtest ist nicht auszuschließen, dass ein Ventil, das den Teilhub regelmäßig problemlos durchfahren hat, beim Verlassen dieses Teilhubs dennoch blockiert. Bei Tests mit minimaler Testdauer und somit schlagartiger Verstellung des Ventils kann z.B. eine beginnende Blockade, die sich in einer ungleichförmigen Bewegung des Ventils bei langsamer Verstellung des Ventils äußert, nicht festgestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt zuverlässigere Tests an Prozessstellelementen von Strömungsmaschinen durchzuführen ohne den der Strömungsmaschine nach gelagerten Prozess zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Erfindung gelöst. Strömungsmaschinen sind häufig mit mehr als einem Prozessstellelement ausgerüstet, die jeweils die gleiche Prozessgröße beeinflussen. Bei einem Turbokompressor wird mit einem ersten Prozessstellelement, wie z.B. verstellbare Leitschaufeln die Förderkapazität des Kompressors variiert. Das Pumpgrenzregelventil als Teil des Maschinenschutzsystems hat die Aufgabe, bei einer Verringerung des Kompressordurchflusses unter die Stabilitätsgrenze (Pumpgrenze) durch geregeltes Öffnen des Pumpgrenzregelventils den Durchsatz durch den Kompressor derart groß zu halten, dass die Stabilitätsgrenze nicht unterschritten wird. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass ein Öffnen des Pumpgrenzregelventils bei stationärem Kompressorbetrieb dazu führt, dass weniger Durchfluss in den Prozess fließt. Bei einer Dampf- oder Gasentspannungsturbine werden häufig mehrere Ventile parallel installiert, die zur feinfühligen Drehzahlverstellung gestaffelt verfahren werden. Beim Betrieb mehrerer Strömungsmaschinen im Reihen- oder Parallelbetrieb besitzt jede Strömungsmaschine ein eigenes Stellorgan zur Kapazitätsanpassung. Der gemeinsame Saugdruck und Enddruck von Kompressoren im Parallelbetrieb kann durch jedes Stellorgan zur Kapazitätsanpassung eines jeden Kompressors beeinflusst werden. Gleiches gilt für den Durchfluss von Kompressoren im Reihenbetrieb. Erfindungsgemäß wird die Tatsache, das die gleiche Prozessgröße durch mehr als ein Prozessstellelement beeinflusst werden kann, dazu genutzt, einen Funktionstest von Stellelementen durchzuführen, ohne dass die Prozessgröße selbst einer Änderung unterworfen wird.

Für einen Test des ersten Prozessstellelementes ändert das erfindungsgemäße Testsystem über das zweite Prozessstellelement die Prozessgröße. Dies geschieht abhängig von der Ruheposition des ersten Prozessstellelements. Das heißt, ist beispielsweise das erste Prozessstellelement ein Ventil, das im störungsfreien Betrieb geschlossen ist und den durch einen Turbokompressor fließenden Durchfluss beim Öffnen verringert, so wird durch das zweite Prozessstellelement, wie z. B. verstellbare Leitschaufeln, der durch den Turbokompressor erzeugte Durchfluss erhöht. Die Änderung der Prozessgröße wird durch das erste Prozessstellelement kompensiert. D. h. bei dem gewählten Beispiel wird zur Kompensation der Durchflussänderung das Ventil als erstes Prozessstellelement geöffnet, wodurch der von der Turbomaschine erzeugte erhöhte Durchfluss wieder verringert wird.

Über die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt durch das Betätigen der beweglichen Teile des Prozessstellelements während des Testlaufs eine Reinigung insbesondere der Stellen des Prozessstellelements, die nur ein geringes Spiel aufweisen. Selbst wenn über den Testlauf lediglich ein Teil des Gesamthubes durchfahren wird, so können doch über den Teilhubtest wesentlich längere Wege durchfahren werden, als dies im Stand der Technik ohne Kompensation der Testauswirkungen bisher möglich ist. Erfindungsgemäß ist ebenso ein Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine vorgesehen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Rahmen konkreter Ausführungsformen der Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1 ein Übersichtsdiagramm einer Hochofenanlage mit Turbokompressor;

2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Teilhubtestsystems für Pumpgrenzregelventile;

3 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Teilhubtestsystems für Pumpgrenzregelventile;

4 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Teilhubtestsystems für Pumpgrenzregelventile;

5 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform eines Teilhubtestsystems für Pumpgrenzregelventile;

1 zeigt eine Anwendung des Turbokompressors 2 in einer Hochofenwindversorgung. Dem Turbokompressor 2 nach geschaltet ist ein Pumpgrenzregelventil 5.

Das Pumpgrenzregelventil 5 hat die Aufgabe, Kompressoren vor dem Betrieb im instabilen Arbeitsbereich durch geregeltes Öffnen zu schützen.

Wie in 1 dargestellt, ist das Pumpgrenzregelventil 5 ein auf der Druckseite des Turbokompressors 2 angeordnetes Ventil. Das Öffnen des Pumpgrenzregelventils 5 bewirkt eine Erhöhung des Kompressordurchflusses und damit einen Betrieb außerhalb des Pumpbereichs. Die durch das Pumpgrenzregelventil 5 strömende Gasmenge bedeutet immer eine Wirkungsgradeinbuße, deshalb werden Anlagen so ausgelegt, dass Pumpgrenzregelventile im störungsfreien Betrieb des Kompressors völlig geschlossen sind und nur bei Betriebsstörungen bzw. zum An- und Abfahren geöffnet werden. Eine Funktionsprüfung des Pumpgrenzregelventils 5 des Turbokompressors im Betrieb bedeutet immer eine Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens der Gesamtanlage. Denn das Öffnen des Pumpgrenzregelventils 5 reduziert sich der Durchfluss zum Prozess und in dessen Folge auch der Druck im Prozess, der dem Kompressor nach geschaltet ist. Dies gilt auch für eine nur kurzzeitige Öffnung um einen Teilhub.

Der Turbokompressor 2 wird über eine Dampfturbine 1 angetrieben. Die Förderleistung des Kompressors wird über eine Variation der Turbinendrehzahl oder eine Verstellung der Leitschaufeln des Turbokompressors angepasst. Die Pumpgrenzregelung 4 ist aus dem Stand der Technik bekannt und verhindert, dass der Kompressor beim Auftreten des Pumpens Schaden nimmt.

2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines Teilhubtests an einem Pumpgrenzregelventil 5 eines Turbokompressors 2. Das Teilhubtestsystem gemäß der vorliegenden Erfindung testet das Pumpgrenzregelventil 5 derart, dass es zum Test des Pumpgrenzregelventils dieses öffnet und die sich dadurch einstellende geringere Förderkapazität des Kompressors durch Öffnen der Leitschaufeln 8 in Richtung höherer Kompressorleistung kompensiert. Unabhängig von dieser konkreten Ausgestaltung kann ein Prozessstellelement jeder Aktuator zum Ändern einer Prozessgröße sein z. B. sind das eine Vorrichtung zum ändern der Drehzahl, eine Drosselklappe o. ä.. Zur Kompensation des Kompressorförderleistungsverlusts infolge des Öffnens des Pumpgrenzregelventils kann irgendein Prozessstellelement verwendet werden, das in der Lage ist, diesen Verlust auszugleichen. In der beschriebenen Anwendung ist die zu regelnde Prozessgröße der Durchfluss, der an einer geeigneten Stelle gemessen wird und die Leitschaufeln automatisch verstellt.

Der durch den Kompressor geförderte Durchfluss wird über einen Durchflussregler 9 auf den von einem Sollwertgeber für den Durchfluss 10 vorgegebenen Wert eingestellt. Der zur Regelung des Durchflusses vorgesehene Aktuator ist vorzugsweise der Leitschaufelstellantrieb kann aber auch eine Vorrichtung zur Änderung der Drehzahl oder eine Kombination aus beidem sein. Das Pumpgrenzregelventil 5 ist bis zu diesem Zeitpunkt noch geschlossen oder im Teillastbetrieb um einen festen Betrag geöffnet.

Zum Stellorganfunktionstest behält der Durchflussregler 9 intern seine letzte Ausgangsgröße bei. Ein mittels Integrator über der Zeit veränderbares Testsignal 15 wird erzeugt. Die Differenz aus Durchflusssollwert vom Sollwertgeber für den Durchfluss 10 und dem Durchflussistwert von der Durchflussmessvorrichtung 7 wird dem Pumpgrenzregler 16, 17, 18, 19 aufgeschaltet, dem nun die Aufgabe zukommt, den Durchfluss auf den Durchflusssollwert einzuregeln. Der Ausgang des Durchflussreglers 9 wird durch additive Überlagerung des langsam kontinuierlich ansteigenden Testsignals 15 in Richtung weiter geöffneter Leitschaufeln und/oder höherer Drehzahl gefahren. Durch diese Steigerung der Kompressorförderleistung steigt der Durchfluss zum Prozess. Der Durchfluss-Soll/Ist-Vergleich im Pumpgrenzregler 17 bemerkt diese Zunahme und regelt sie durch Öffnen des Pumpgrenzregelventils über den Positionsregler 19 aus.

Durch einen Vergleich von Sollwert und Istwert der Stellung des Pumpgrenzregelventils 5 kann beobachtet werden, ob das Ventil der Sollwertvorgabe hinreichend genau folgt. Der Ausgang der Summierstelle hinter dem Durchflussreglers 9 steigt so lange kontinuierlich an, bis sein Ausgang einen oberen Grenzwert erreicht hat.

Das Signal wird dann kurz gehalten. Der Pumpgrenzregler 17 bekommt so Gelegenheit, die stationäre Endlage exakt zu erreichen. Danach wird das Testsignal 15 wieder langsam bis auf null reduziert. Wenn das Testsignal 15 den Wert null erreicht hat oder das Pumpgrenzregelventil völlig geschlossen ist, wird der Durchflussregler wieder auf Automatikbetrieb geschaltet und übernimmt die weitere Regelung des Anlagenbetriebs.

Sollte der Kompressor mit mehreren Pumpgrenzregelventilen ausgestattet sein, kann dieser Test entweder derart erfolgen, dass alle Ventile gleichsinnig, d.h. parallel angesteuert werden. Vorzugsweise wird der Test aber derart ausgeführt, dass jedes Ventil für sich getestet wird. Dies bedeutet, dass nach Abschluss des Tests für das erste Ventil ein gleichsinniger Test für das zweite und jedes weitere Ventil erfolgen muss.

Die Funktion des Pumpgrenzregelventils 5 wird durch Vergleich der Iststellung mit der Sollstellung überprüft. Bei einem intakten Ventil weicht die gemessene Stellung nicht mehr als eine systemspezifische Ansprechschwelle vom Sollwert ab. Dies kann z.B. in einem Vergleicher (Grenzwertüberwachung) kontinuierlich überwacht werden. Überschreitet die Differenz einen ersten Grenzwert 12, wird ein Alarm gegeben. Erreicht die Differenz einen zweiten Grenzwert 20, der z.B. doppelt so hoch sein kann wie die erste Ansprechschwelle, erfolgt ein zweiter Alarm, der den Test sofort beendet und das Bedienungspersonal zur sofortigen Inspektion des Ventils auffordert.

Der Zusammenhang zwischen Stellungssollwert für ein oder mehrere Pumpgrenzregelventile und gemessener Stellungsrückmeldung kann mit modernen Leitsystemen digital aufgezeichnet und als Liniendiagramm oder x/y-Diagramm mit Sollwert als Ordinate und Ventilstellung als Abszisse dargestellt werden.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform, wie sie in 3 dargestellt ist, sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Vermeidung von Prozessstörungen durch adaptive Verstellung des Pumpgrenzregelventils vor. 3 entspricht weitgehend 2 und ist lediglich durch einen Summierer erweitert, der mit einem Funktionsgeber 21 verbunden ist.

Die erste Ausführungsform gemäß 2 sollte ein langsam ansteigendes Testsignal verwenden, damit der Pumpgrenzregler 17 die Durchflusszunahme als Folge der Verstellung von Drehzahl und/oder Leitschaufelstellung durch Öffnen des Pumpgrenzregelventils 5 ausregeln kann. Eine Verbesserung dieser Ausführungsform ist gemäß 3 dadurch möglich, dass das Testsignal 15 zusätzlich dem Ausgang des Pumpgrenzreglers vorzeichengerecht aufgeschaltet wird. Hierdurch öffnet das Pumpgrenzregelventil 5 schon, bevor der Durchfluss tatsächlich angestiegen ist. Der Zusammenhang zwischen Drehzahl bzw. Leitschaufelstellung und Durchfluss durch den Kompressor ist in der Regel nichtlinear, wogegen der Zusammenhang zwischen der Stellung des Pumpgrenzregelventils und dem Durchfluss durch das Ventil linear ist. Durch eine geeignet gewählte nichtlineare Funktion, die am Funktionsgeber 21 einstellbar ist, kann sichergestellt werden, dass das Pumpgrenzregelventil 5 in Abhängigkeit vom Testsignal 5 genau so weit geöffnet wird, dass sich die Zunahme des Kompressordurchflusses durch anheben von Drehzahl und/oder Leitschaufelstellung exakt mit der Abnahme des Durchflusses durch Öffnung des Pumpgrenzregelventils 5 überein stimmt. Somit muss der Pumpgrenzregler 17 nicht eingreifen und der Teilhubtest verläuft ohne nachteilige Beeinflussung des Prozesses. In den Fällen, in denen der Zusammenhang zwischen der Stellung des Pumpgrenzregelventils und dem Durchfluss durch dieses Ventil nichtlinear ist, kann dies durch geeignete Wahl der nichtlinearen Funktion ebenfalls korrigiert werden.

Sollte die Kompensation der beiden Stellgrößeneingriffe infolge nicht korrekt eingestellten Funktionsgebers 21 oder aufgrund eines Kalibierfehlers nicht völlig gelingen, bewirkt der Pumpgrenzregler eine Korrektur des verbleibenden Restfehlers.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in 4 gezeigt ist, wird, anstatt das Testsignal 15 auf den Ausgang des Pumpgrenzreglers 17 zu addieren, das Testsignal 15 auf die Regeldifferenz am Eingang des Pumpgrenzreglers 17 vorzeichengerecht addiert. Das hat den Vorteil, dass das Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers 17 stets mit dem Sollwert für das Pumpgrenzregelventil 5 übereinstimmt. Der Pumpgrenzregler 17 ist sozusagen immer im Eingriff.

Ferner lassen sich die Einstelldaten für den Funktionsgeber aus den Auslegungsdaten für Kompressor 2 und Pumpgrenzregelventil 5 ermitteln. Insbesondere kann die exakte Zuordnung der Größen beim ersten Test experimentell ermittelt und das System anschließend auf diese Werte eingestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser Erfindung wird die Differenz aus dem Testsignal und dem Ausgangssignal des Pumpgrenzreglers zu Beginn des Tests gebildet und als virtuelle Regeldifferenz der Minimalauswahl MIN vor dem Pumpgrenzregler aufgeschaltet. Mit steigendem Testsignal erhält der Pumpgrenzregler eine Regeldifferenz, die das Pumpgrenzregelventil genau so weit öffnet wie es das Testsignal verlangt. Falls das Pumpgrenzregelventil vor Beginn des Tests bereits teilweise geöffnet war, wird dies dadurch kompensiert, dass die Stellung des Pumpgrenzregelventils zu Beginn des Tests als Referenzwert zugrunde gelegt wird. Sollte sich der Arbeitspunkt des Kompressors während des Tests derart in Richtung Pumpgrenze verschieben, dass das Pumpgrenzregelventil weiter öffnen muss als vom Testsignal vorgegeben, erfolgt ein automatischer Eingriff des Pumpgrenzreglers durch die Minimalauswahl.

In all den Anwendungen, in denen der nichtlineare Zusammenhang zwischen Testsignal und Durchfluss zum Prozess eine Abhängigkeit von einem weiteren Parameter, z.B. dem Kompressorenddruck aufweist, kann die Kompensation dieses Einflusses durch ein Kennlinienfeld kompensiert werden. Das Kennlinienfeld enthält eine Reihe von nichtlinearen Kompensationskurven für verschiedene Drücke und je nach gemessenem Enddruck wird die entsprechende Kurve ausgewählt.

Sollte der gemessene Druck zwischen zwei Kennlinien liegen, wird zwischen diesen Kennlinien interpoliert.

Bei einer korrekt eingestellten adaptiven Verstellung des Pumpgrenzregelventils kann das Testsignal beliebig schnell verstellt werden, da die Störungen des Prozessbetriebs durch die Entkopplung vermieden werden. Allerdings ist zu beachten, dass die Stellgeschwindigkeit der Prozessstellelemente möglicherweise begrenzt ist. Hierauf ist Rücksicht zu nehmen, die Stellgrößen dürfen nicht schneller verstellt werden als die Prozessstellelemente folgen können.

Gemäß einer x-ten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 5 dargestellt ist, ist ein Beobachter 27 vorgesehen, der die Nachteile langsamer Prozessstellelemente kompensiert. Die Prozessstellelemente haben teils konstruktionsbedingt, teils bewusst implementiert, begrenzte Stellgeschwindigkeiten. Pneumatische Regelarmaturen können häufig nicht mehr als 10% des Gesamthubs pro Sekunde zurücklegen. Pumpgrenzregelventile und Leitschaufelstellantriebe werden bewusst in ihrer Schließgeschwindigkeit begrenzt, um eine unzulässig schnelle Annäherung des Arbeitspunkts an die Pumpgrenze zu verhindern. Dies ist bei der Durchführung des Teilhubtests zu berücksichtigen, da ansonsten ein Alarm fehlerhaft ausgelöst werden kann.

Bei Einsatz eines Beobachters 27 wird die gemessene Position des Pumpgrenzregelventils nicht direkt mit dem Sollwert für die Position verglichen, sondern mit der Ausgangsgröße eines Beobachters. Durch eine Drossel 23 im Zulauf 24 eines elektrohydraulischen Wandlers 22 kann ein durch Federkraft öffnendes Pumpgrenzregelventil nur mit begrenzter Stellgeschwindigkeit schließen. Je enger der Querschnitt der Drossel 23 ist, um so langsamer schließt das Ventil.

Der Beobachter 27 ist ein dynamisches Simulationsmodell dieses Pumpgrenzregelventils mit Stellantrieb 28. Ein derartiger Beobachter ist z.B. in „Ein Beitrag zur digitalen Pumpschutzregelung von Turbokompressoren" Schriftenreihe des Lehrstuhls für Regelungssysteme und Steuerungstechnik Ruhr Universität Bochum, Heft 31 beschrieben.

Das Ausgangssignal des Beobachters 27 entspricht stets der Stellung des Pumpgrenzregelventils 5, sofern dieses in seiner Funktion nicht beeinträchtigt ist. Solange der Beobachter das tatsächliche Stellverhalten des Ventils richtig simuliert und das Ventil einwandfrei arbeitet, entspricht der Ausgang des Beobachters auch bei sprungförmiger Änderung des Ventilsollwerts und sehr stark gedrosseltem Ölzulauf immer der tatsächlichen Ventilstellung.

Der Teilhubtest kann entweder von Hand, teilautomatisiert oder vollautomatisiert durchgeführt werden. Bei der Durchführung von Hand wird das Testsignal durch einen Operator von Hand vorgegeben. Die Beobachtung der Ventilrückmeldung erfolgt ebenfalls durch den Operator. Bei einer Vollautomatisierung wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen der Test angestoßen und läuft danach vollautomatisch ab. Nach Abschluss des letzten Testlaufs für das letzte Ventil wird die Testautomatik in einen Ausgangszustand zurückgesetzt und steht damit für den nächsten Testlauf zur Verfügung. Auch die Archivierung der Testergebnisse erfolgt vollautomatisch.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer nicht korrekten Kompensation der Einwirkung des Testsignals auf die Prozessgroesse, der Einfluss des Testsignals reduzieren werden, indem die Geschwindigkeit, mit der die Testgröße verändert wird, in Abhängigkeit von der Differenz aus Sollwert und Istwert der Prozessgröße variiert wird. Ist die Abweichung null, wird der Test mit maximal zulässiger bzw. maximal möglicher Geschwindigkeit durchfahren. Je größer die Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Prozessgröße ist, um so langsamer wird die Prozessgröße verändert. Im Extremfall ist es sogar möglich, das Testsignal gar nicht mehr zu verstellen oder sogar in die entgegen gesetzte Richtung zu verstellen, bis die Differenz aus Sollwert und Istwert der Prozessgröße wieder akzeptabel ist.

1
Dampfturbine
2
Kompressor
3
Leitschaufelregelung mit Messung der Umschaltgeschwindigkeit (optional)
4
Pumpgrenzregelung
5
Pumpgrenzregelventil
6
Positionsmessung
7
Durchflussmessvorrichtung
8
Leitschaufelstellantrieb
9
Durchflussregler
10
Sollwertgeber für Durchfluss
11
Testsignal
12
Grenzwertgeber 1
13
Integrator
14
Speicher (Flip-Flop)
15
Test
16
Pumpgrenzüberwachung
17
Pumpgrenzregler
18
Minimalauswahl
19
Positionsregler
20
Grenzwertgeber 2
21
Funktionsgeber
22
Elektrohydraulischer Wandler
23
Drossel
24
Zulauf
25
Ablauf
26
Ventilsollwert
27
Beobachter
28
Stellantrieb


Anspruch[de]
Strömungsmaschine (2) mit einem ersten Prozessstellelement (5), einem zweiten Prozessstellelement (8) und einem Testsystem zum Testen des ersten Prozessstellelements (5), wobei das erste Prozessstellelement (5) und das zweite Prozessstellelement (8) zum Steuern der gleichen Prozessgröße vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Test des ersten Prozessstellelementes das Testsystem beide Prozessstellelemente (5, 8) derart gegensinnig verstellt, dass sich die Einflüsse der Verstellung auf die Prozessgröße im Wesentlichen aufheben. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler zur Prozessgrößenregelung vorgesehen ist, um eine Änderung der Prozessgröße durch eine kontinuierlichen Verstellung des zweiten Prozessstellelements (8) über eine Verstellung des ersten Prozesselements zu kompensieren. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegensinnige Verstellung der beiden Prozessstellelemente derart abgeglichen ist, dass ein Testvorgang ohne Beeinträchtigung des der Strömungsmaschine nach gelagerten Prozesses von statten geht. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Prozessstellelement (5) um ein Ventil handelt. Strömungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Testsystem um ein Teilhubtestsystem handelt. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Strömungsmaschine um einen Turbokompressor handelt. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Durchfluss durch den Turbokompressor und/oder einen Enddruck und/oder einen Ansaugdruck und/oder eine Leistung und bei dem zweiten Prozessstellelement um eine Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln und/oder eine Vorrichtung zur Änderung der Drehzahl des Turbokompressors und/oder eine Drosselarmatur und/oder einen Nachleitapparat und/oder eine Bypassarmatur handelt. Strömungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Änderung des Durchflusses durch die Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln um eine kontinuierliche Durchflusserhöhung handelt, die nach Erreichen eines Maximalwertes wieder kontinuierlich auf einen Ausgangswert verringert wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine, wobei ein erstes Prozessstellelement (5), ein zweites Prozessstellelement (8) und ein Testsystem zum Testen des ersten Prozessstellelements (5) vorgesehen sind, und das erste Prozessstellelement (5) und das zweite Prozessstellelement (8) zum Steuern der gleichen Prozessgröße vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Test des ersten Prozessstellelementes das zweite Prozessstellelement so betätigt wird, dass sich die Prozessgröße ändert und das erste Prozessstellelement so betätigt wird, dass die Änderung der Prozessgröße durch das zweite Prozessstellelement im Wesentlichen kompensiert wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Test des ersten Prozessstellelements (5) dadurch erfolgt, dass das zweite Prozessstellelement (8) einer kontinuierlichen Verstellung ausgesetzt wird und dass in einem dem ersten Prozessstellelement (5) vor geschalteten Regler eine Prozessgrößenregelung aktiviert wird, die eine Änderung der Prozessgröße infolge der Verstellung des ersten Prozesselements kompensiert. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionstest des ersten Prozessstellelements dadurch erfolgt, dass das erste und das zweite Prozessstellelement durch vorzeichengerechte Addition eines Testsignals zu den Ausgangsgrößen der vor geschalteten Regler gegensinnig einer kontinuierlichen Verstellung ausgesetzt werden, wobei durch Zwischenschalten eines nichtlinearen Verstärkungselements die Verstellung der beiden Prozessstellelemente derart erfolgt, dass die Prozessgröße nicht oder nur geringfügig verändert wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionstest des ersten Prozessstellelements dadurch erfolgt, dass in dem dem ersten Prozessstellelement vor geschalteten Regler eine zusätzliche Regeldifferenz aus der Ausgangsgröße des Reglers zu Beginn des Tests und dem stetig veränderlichen Testsignal gebildet wird und dass diese Regeldifferenz einer Minimalauswahl aufgeschaltet ist, die als zweiten Eingang die Regeldifferenz der Hauptregelgröße dieses Kreises erhält und dass das Testsignal das erste Prozessstellelement derart erfolgt, dass die Prozessgröße nicht oder nur geringfügig verändert wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten und dem zweiten Prozessstellelement aufgeschalteten Testsignale durch ein nichtlineares Funktionselement derart aufeinander abgestimmt variiert werden, dass die Prozessgröße nicht oder nur geringfügig verändert wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten und dem zweiten Prozessstellelement aufgeschalteten Testsignale durch ein nichtlineares Kennlinienfeld derart aufeinander abgestimmt verstellt werden, dass in Abhängigkeit von der konstant zu haltenden und/oder einer weiteren Prozessgröße eine Kennlinie zur Abstimmung der Testsignale aufeinander ausgewählt wird und dass zwischen zwei Kennlinien interpoliert wird, wenn sich die Prozessgröße zwischen zwei Kennlinien befindet. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Vergleich von Sollwert und Istwert für die Stellung eines oder beider Prozessstellelemente ermittelt wird, ob die Prozessstellelemente den Sollwerten korrekt folgen und dass eine Alarmgabe erfolgt, wenn eine unzulässige Abweichung auftritt. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erheblichen Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Test abgebrochen wird. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beobachter zwischengeschaltet wird, der das dynamische Verhalten des Prozessstellelements derart simuliert, dass der Ausgang des Beobachters dem erwarteten Stellverhalten des Prozessstellelementes entspricht. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren parallel installierten und zu testenden Prozessstellelementen der Test derart erfolgt, dass alle parallelen Prozessstellelemente gleichzeitig und gleichsinnig angesteuert werden. Verfahren zum Testen der Funktionalität eines Prozessstellelementes einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren parallel installierten und zu testenden Prozessstellelementen der Test derart erfolgt, dass nur jeweils ein Prozessstellelement nach dem anderen getestet wird.






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