THREE-CHANNEL COMMANDING AND SUPERVISION APPARATUS FOR TURBO MACHINE-ACTUATING VALVES

Abstract: 1. Control and monitoring device for turbo-engine control valves, more particularly for industrial turbines of high availability, such as compressor drive turbines, having at least one servo piston cylinder system (servomotor SM) for adjusting the control valve and at least one electro-hydraulic transducer (SV) for producing a hydraulic correcting variable for the servo piston cylinder system as a function of an electrical correcting variable (i) of the turbine control loop, which variable is fed to the electrical input of the electro-hydraulic transducer (SV), characterised by the following features : the pressure side and the drain side of the servo piston cylinder system (SM) are connected to the hydraulic output lines (L1, L2, L3) of in each case one electro-hydraulic transducer (SV; SV1, SV2, SV3) by means of at least three channels (K1, K2, K3) ; of the electro-hydraulic transducers (SV1, SV2, SV3), of which there are at least three, during normal operation only one, that is, the one of the conducting, electrically and hydraulically active channel, is connected to the servo piston cylinder system (SM) by way of its output lines and into the output lines (L1, L2, L3) of all the electro-hydraulic transducers (SV1, SV2, SV3) there are connected shut-off valves (AV1, AV2, AV3) of a blocking device (VE), by means of which the connection to the servo piston cylinder system (SM) may be shut off in the case of those hydraulic output lines of the electro-hydraulic transducers which belong to a channel which has just stopped conducting, but which runs electrically in synchronism with the channel (K1, K2 or K3) which has just become active ; the actual value of the servo piston position is queried by means of at least three mechanical-electrical transducers (W1, W2, W3) acting as the first displacement transducers (W), the output signals of which may be fed correspondingly through multiple channels (K10, K20, K30) in each case to the first inputs (e11, e12, e13) of at least three electrical components (RG; RG1, RG2, RG3) in the form of comparators and/or servo amplifiers, in which case the electrical variable of the rated value XSoll of the turbine control loop, which variable corresponds to the desired valve position, is fed to the second inputs (e12, e22, e32) of the components and the correcting variables, which are obtained by the ratedactual value subtraction, are passed on correspondingly through multiple channels to the electrical inputs (SV1, SV2, SV3) of the electro-hydraulic transducers (SV; SV1, SV2, SV3) and in which case an error signal B, which is transmitted by the first displacement transducers (W), is used for the purpose of indicating the faulty displacement measurement in the relevant channel ; the valve plunger position of the electro-hydraulic transducers (SV; SV1, SV2, SV3) is queried by means of a further mechanical-electrical transducer (W10, W20, W30) in each case, acting as the second displacement transducer of the control loop, in order to check whether the relevant valve plunger occupies that position which is analogous to the electrical correcting variable of its electro-hydraulic transducer, an error signal C of the second displacement transducer being used for the purpose of indicating a faulty electro-hydraulic transducer (SV) in the relevant channel (K1, K2 or K3) ; by means of a non-equivalence monitoring circuit for monitoring the actual value signals (B, C) of the first and second displacement transducers (W; W10, W20, W30) all of the channels (K1 to K3), of which there are at least three, are monitored for functioning errors, whereby in the event of inadmissible deviations of the actual value signals of a channel a signal (B or C) may be generated and in the event of the deviation, which has been determined, in an active or conducting channel there may be an automatic change-over to a healthy channel through activation of the same.

Description: Regeleinrichtung für Stellventjle von Turbomaschinen, insbesondere für Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für Stellventile von Turbomaschinen, insbesondere für Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit, gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 Zu solchen Industrieturbinen hoher Verfügbarkeit zählen z. B. Kompressor-Antriebsturbinen. Diese sind in aller Regel mindestens 2 Jahre und möglichst bis zu 3 Jahren, ununterbrochen in Betrieb, so dass an die Regeleinrichtung für die Stellventile erhöhte Anforderungen in bezug auf sichere ungestörte Arbeitsweise und Redundanz im Falle des Ausfalls von Komponenten der Regeleinrichtung gestellt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs näher definierten Art zu schaffen, welche diesen erhöhten Anforderungen gerecht wird, d. h., welche - einen ungestörten Dauerbetrieb der Turbine von der Seite der Regeleinrichtung her ermöglicht, - ein eigen-sicheres (Fail-safe) Verhalten mit Selbst heileffekt durch automatische, stossfreie Umschaltung auf intakte Komponenten gewährleistet und - selbst im Falle der Störung in bestimmten Zweigen oder Kanälen der Regeleinrichtung in der Weise redun dant ausgebildet ist, dass der Weiterbetrieb der Regel einrichtung und der Turbine auch dann ermöglicht ist, wenn bestimmte Komponenten der Regel einrichtung aus wechselt und/oder repariert werden müssen. Erfindungsgemäss wird die gestellte komplexe Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale in der Hauptsache gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Abwandlung der Regeleinrichtung nach dem Hauptanspruch, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen ist und der entsprechenden Antivalenz-Vberwachungsschaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine 1- von -2- Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem in der hohen Verfügbarkeit der Regeleinrichtung zu sehen. Diese ist bedingt durch die dreikanalige Ausführung, die automatische Umschaltung von einem defekten Betriebskanal auf einen der beiden Reservekanäle und bei zwei defekten Kanälen - durch die Umschaltung von Hand auf den letzten Reservekanal, wobei ein Ersatz defekter Komponenten wäknmd des Betriebs der Anlage erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Fehlerdiagnose, d. h. in der Selbstüberwachung der Kanäle, der Meldung des fehlerhaften Kanals und der Möglichkeit der Anzeige der defekten Komponenten bei einem Erstfehler sowie den Prüfroutinen und Diagnosehilfen bei einemZSeitfehler durch den Bedienungsmann. Des weiteren ist als vorteilhaft hervorzuheben die gleichbleibende Regelgüte, bedingt durch die Gleichwertigkeit der drei Kanäle, ihre synchrone Arbeitsweise und damit eine nahezu stossfreie Umschaltung von einem Kanal auf einen anderen. Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, diese noch näher erläutert. Darin zeigt in schematischer Diagrammdarstellung: Fig. 1 einen Übersichts-Schaltplan der Regeleinrichtung nach der Erfindung mit dreikanaliger Stellungsregelung für eine elektro-hydraulische Turbinenregelung (EHTR); Fig. 2 das Detail des dreikanaligen hydraulischen Leitungssystems aus Fig. 1 mit zugehörigen Komponenten, d. h. ohne die elektrischen Signalleitungen und Messwertgeber; ; Fig. 3 die Schaltlogik zur 2- von 3- Auswahl bei der dreikanaligen Stellungsregelung nach den Fig. 1 und 2, wobei die in Kreisen gesetzten A, B, C die Art der Fehler überwachung symbolisieren und die arabischen Ziffern 1 bis 3 hinter den Grossbuchstaben A, B, C die Kanäle und die in Kreise gesetzten arabischen Ziffern laufende Nummern für Messwertleitungen bezeichnen; Fig 4 sinngemäss zu Fig. 3 eine Schaltlogik für die 3 Kanäle, vorgesehen für die Nullpunkt-Uberwachung des Steuerstromes, welcher dem elektrischen Eingang der elektro-hydraulischen Umformer zugeführt wird. Die in Kreisen befindlichen arabischen Ziffern stellen wieder Messwerte bzw. Messleitungsanschlüsse dar; Fig. 5 eine Schaltlogik zur Fehlerdiagnose in allen drei Kanälen und der abgeleiteten Meldung bestimmter Fehlertypen und Fig. 6 eine weitere Schaltlogik für alle drei Kanäle, welche zur Kanal-Umschaltung auf einen gesunden Kanal im Falle der Störung des aktiven Kanals dient. Die in Fig. 1 dargestellte Regeleinrichtung dient zur Verstellung des nicht dargestellten Stellventils einer Turbomaschine. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Industrieturbine hoher Verfügbarkeit, wie eine Kompressor-Antriebsturbine. Zur Verstellung des Stellventils dient mindestens ein Kraftkolben-Zylinder-System bzw. hydraulischer Servomotor SM, in folgendem abgekürzt als Servomotor bezeichnet. Bei dem Turbinen-Stellventil kann es sich um eine Mehrfachventilanordnung mit einer Mehrzahl von in einer Traverse gelagerten Ventilkegeln handeln, wobei die in Ventilhubrichtung geführte Traverse über eine Schwinge o. dgl. vom Servomotor SM betätigt werden kann. Anstelle dieser Ventilgruppensteuerung mit zueinander gestaffelt öffnenden bzw. schliessenden Gruppenventilen wäre auch eine Einzelventilsteuerung möglich. Der Servomotor SN hat einen im Zylinder a1 längsverschieblich gelagerten Kraftkolben a2 mit Kolbenstange a 21. Der Kolben a2 ist zweiseitig beaufschlagbar; es kann sich jedoch auch um einen einseitig beaufschlagbaren Eraftkol- ben handeln, welchem dementsprechend eine in Ausschaltrichtung wirkende Kraftspeicherfeder zuzuordnen wäre. Die beiden Kolbenseiten a22, a23 des Kraftkolbens a2, d. h. je nach Schaltstellung der zugeordneten elektrohydraulischen Umformer SVN bis SV3 die Druckseite und die Ablaufseite bzw. umgekehrt, sind dreikanalig, siehe Ka- näle Kl bis K3, an die hydraulischen Ausgangsleitungen t1 bis L3 je eines elektro-hydraulischen Umformers SV1 bis SV3 angeschlossen. L1 bis L3 bezeichnen jeweils Leitungspaare, deren Einzelleitungen mit 111, 112; 121, 122 usw. bezeichnet sind. Die Umformer SV1 bis SV3 sind also mit ihren Ausgangsleitungen L1 bis L3 zueinander parallel geschaltet und in dieser Parallelschaltung mit ihren Einzelleitungen jeweils an je eine der beiden Kolbenseiten a22, a23 angeschlossen. Von den drei Umformern SV1 bis SV3 ist im Normalbetrieb der (nicht dargestellten) Turbine nur einer, und zwar der des führenden, elektrisch und hydraulisch aktiven Kanals, mit den den beiden Kolbenseiten zugeordneten Zylinderräumen über seine Ausgangsleitungen verbunden. Z. B. sei angenommen, dass K1 der gerade aktive Kanal ist. In die Ausgangsleitungen L1 bis L3 aller Umformer SVN bis SV3 sind Absperrventile AV1 bis AV3 einer hydraulischen Verblockeinrichtung VE eingeschaltet. Mittels dieser Absperrventile, deren in die Einzelleitungen l11, 112 usw. eingeschalteten Einzel-Absperrventile mit av11, av12 usw. bezeichnet sind, ist die Verbindung zu den Kolbenseiten a22, a23 bei denjenigen hydraulischen Ausgangsleitungen L1 bis t3 der Umformer SV1 bis SV3 absperrbar, welche einem gerade nicht führenden, jedoch elektrisch synchron mit dem gerade aktiven Kanal mitgefahrenen Kanal angehören. Bei einem, wie bereits angedeutet, aktiv angenommenen Kanal K1 wären also die Umformer SV2, SV3 durch die Absperr-Ventilpaare AV2, AV3 und damit auch die Leitungspaare L2, L3 hydraulisch von den genannten Kolbenseiten isoliert Der Istwert der Stellung des Kraftkolbens a2 wird durch drei mechanisch-elektrische Umformer W und im einzelnen W1 bis W3 abgefragt, welche als erste Weggeber dienen und deren Ausgangssignale entsprechend mehrkanalig (siehe Kanal Klo, K2O, K3O) den ersten Eingängen e11, e21, e31 von drei elektrischen Regelkreis gliedern RG1 bis RG3 in Form von Komparatoren undZoder Regelverstärkern zuführ- bar sind. An die zweiten Eingänge e12, e22, e32 der Regelkreisglieder RG ist die der gewünschten Ventil stellung entsprechende elektrische Grösse des Sollwertes XSoll des Turbinenregelkreises herangeführt. Die durch die Soll Istwert-Differenzbildung in den Regelkreisgliedern RG gewonnenen Stellgrössen werden an die elektrischen Eingänge sv1 bis sv3 der elektro-hydraulischen Umformer SV entsprechend mehrkanalig weitergeleitet, siehe Steuerstromleitungen stl bis st3. Dabei wird ein von den ersten Weggebern W abgegebenes Fehlersignal B zur Anzeige der gestörten Wegmessung im betreffenden Kanal herangezogen. Die durch zweipoligen Abgriff zur Realisierung -einer 2- von -5-Auswahlschaltung gewonnenen Messspannungssig- nale bzw. die zugehörigen Messleitungen sind mit 5, 6 und 7 bezeichnet, die Messgebermit 5.1, 6.1 und 7.1. Die elektro-hydraulischen Umformer SV sind bevorzugt als elektrohydraulische Durchfluss-Servo-Ventile ausgebildet, welche ein analoges Ubertragungsglied mit proportionalem Verhalten darstellen. Solche Servoventile weisen im allgemeinen einen elektrischen Stellmotor (Torque-Motor) auf, welcher von den elektrischen Eingangssignalen über die Eingänge svl usw. beaufschlagt wird, sie weisen ferner ein nicht näher dargestelltes Prallplattensystem und den eigentlichen Steuerschieber auf, welcher zwei extreme Schaltstellungen und eine Zwischenstellung einnehmen kann, vgl. die Standard-Symboldarstellung in Fig. 1 und 2. Ein solches Servoventil stellt ein hochwertiges, stetig wirkendes Wegeventil mit besonders guten stationären und dynamischen Eigenschaften und hoher Leistungsverstärkung (über 106) dar. Dem elektrischen Eingangsstrom wird in einigen Millisekunden ein proportionaler Ölstrom als Ausgangsgrösse zugeordnet. Dies geschieht in der Regel über 2 hydraulisch hintereinander wirkende Verstärkungseinrichtungen, ein Prallplattensystem und einer Schiebersteuerung. Die Pos. des Steuerschiebers svlO, sv20, sv30 wird durch je einen weiteren mechanisch-elektrischen Umformer WfO, W20, W3O abgefragt, der als zweiter Weggeber des Regelkreises dient. Die Abfragung dient der Kontrolle, ob der betreffende Steuerschieber svlO usw. die der elektrischen Stellgrösse (Steuerstrom il, i2, i3) seines Servoventils analoge Position einnimmt, wobei ein Fehlersignal C dieser zweiten Weggeber W10 usw. zur Anzeige eines gestörten Servoventils bzw. Umformers SV herangezogen ist. Die zugehörigen Messleitungen bzw. Messwerte sind mit 8, 9, 10, die Messwertgeber mit 8.1, 9.1, 10@1, bezeichnet, letztere sind wiederum durch zweipoligen Abgriff von zwei Ausgangsleitungen der zweiten Weggeber an diese im Sinne der Re alisierung einer 2- von -3-Signalauswertung angeschlossen. Es ist bereits mit den ersten und zweiten Weggebern W1 bis W3 und W10 bis W30 eine Antivalenz-Uberwacliungs- schaltung zur Uberwachung ihrer Istwert-Signale derart zu realisieren, dass alle drei Kanäle K1 bis K3 auf Fehlfunktion überwacht werden können, wobei im Falle unzulässiger Abweichungen der Istwert-Signale 5 bis 7 bzw. 8 bis 10 ein Meldesignal, allgemein B bzw. C und speziell für alle Kanäle B1 bis B3 und Cl bis C3 erzeugbar ist. Im Falle der festgestellten Abweichung in einem aktiven bzw. führenden Kanal ist nun eine selbsttätige Umschaltung auf einen gesunden Kanal unter Aktivierung desselben herbeiführbar. Siehe hierzu die Schaltlogik nach Fig. 3, die eildarstellung rechts oben (Meldesignal B) und links unten (Meldesignal C). Die Erläuterungen dieser Meldesignale sind aus Fig. 3 zu entnehmen. Ist z B. das Servoventil im Kanal K1 gestört, dann führen die Messleitungen 8 und 9 Fehlersignal, Messleitungl0 führt kein Fehlersignal, folglich gelangt durch das obere Und-Gatter eine Meldung C1 "Servoventil SV1 gestört" zur Durchschaltung. Jedes der Und-Gatter hat 2 Normaleingänge und einen Negations-Eingang zur S;gnalunkehr. Dies ist auch bei den beiden oberen Logik-Teilschaltungen der Fig. 3 der Fall. Wie es Fig. 1 zeigt, kann jedoch auch in die Antivalenz Überwachung der Kanäle K1 bis K3 der Steuerstrom i1 bis i3 undZoder die zugehörige Steuerspannung u12, u13, u23 am Ausgang der Regelkreisglieder RG einbezogen sein. Hierzu sind den den Steuerstrom führenden Signalausgangsleitungen stla, st2a, st3a Strom- und/oder Spannungsmessgeräte 2.1, 3.1, 4.1 zugeordnet, wobei durch ein Fehlersignal A eine Störung des Regelkreisgliedes RG oder des Torque-Motors der Umformer SV im betreffenden Kanal K1 bis K3 anzeigbar ist. Die Messwertleitungen bzw. zugehörigen Fehlermesswerte sind mit 2, 3, 4 bezeichnet, sietauckien in Fig. 3 als Eingangsgrössen der Und-Gatter auf, deren Fehlermeldungen für die einzelnen Kanäle mit Al bis A3 bezeichnet sind. In die Antivalenz-Uberwachung der Kanäle kann weiterhin eine Nullpunkt-Überwachung des Steuerstromes il bis i3 einbezogen sein, wobei mittels Strommessgeräten 11.1, 13.1, 15.1 entsprechende Fehlersignale 11 bis 16 erzeugbar sind, wobei die Messwertpaare 11 - 12, 13 - 14, 15 - 16 die Überschreitung eines oberen Grenzwertes bzw. die Unter schreitung eines unteren Grenzwertes jeweils symbolisieren. Wie weiter unten erläutert, ist der obere Grenzwert des Steuerstromes mit iy und der untere Grenzwert mit ix bezeichnet. Aus der Darstellung der Fig. 4 ist die Funktion ohne weiteres zu entnehmen; es erfolgt Fehlermeldung hinsichtlich eines Nullpunktfehlers (MF) wenn der Nullpunkt über- oder unterschritten wird, und zwar für eine Mindestzeitspanne von z. B. 20 Sekunden, und es erfolgt zugleich die Anzeige F. Besonders vorteilhaft ist nun eine solche Auslegung und Verknüpfung der Antivalenz-Überwachungsschaltung nach Fig. 1 und 2, dass im Falle der Fehlermeldung für einen zweiten zusätzlich zu einem ersten Kanal (Zweitfehler) alle Absperrventile AV im Sinne einer temporären vollständigen hydraulischen Blockade selbsttätig in die Schliessstellung gebracht werden. Dann ist jedoch noch ein Weiterbetrieb möglich, weil eine manuelle Umschal- tung auf den letzten Reservekanal zugelassen und in diesem Schaltzustand Erst- und/oder Zweitfehler mittels Testroutine des Operators festgestellt werden können. Nach Beseitigung der Fehler kann dann die Blockade, das sogenannte hydraulische freeze in, manuell aufgehoben werden. Aus Fig. 2 erkennt man deutlich, dass die Absperrventile AV sogenannte Cartridge-Ventile sind, und zwar 2/2-Wege Ventile. Sie werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Magnetventile M1 bis M3 hydraulisch angesteuert, wobei diese Magnetventile als binär arbeitende hydraulische 2/3-Wege-SitzYentile ausgeführt sind, welche abhängig von einem elektrischen Steuersignal an ihre Schaltmagneten ml, m2, m3 (die elektrischen Steuerleitungen sind in Fig. 2 nicht dargestellt) eine eingangsseitige hydraulische Druckleitung mlo bis m30 entweder mit einem Ablauf mii bis m31 verbinden oder auf die ausgangsseitige hydraulische Steuerleitung m 12 bis m32 schalten. Letztere sind gestrichelt dargestellt und gabeln sich zur Beaufschlagung der Absperrventilpaare AVi bis AV3 jeweils auf. Fig. 2 zeigt auch, dass das Schieber-System der Umformer bzw. Servoventile 5V auf der Seite der Druckölquelle T und auf der Seite des Kraftkolbens a2 jeweils an zwei Druckölleitungen angeschlossen sind, welche auf der Seite der Druckölquelle eindeutig als Drucköl-Zulaufleitung svii bis sv31 und als Ablaufleitung sv12 bis sv32 definiert sind Auf der Kraftkolbenseite der Umformer SV sind die Einzelleitungen l der Leitungspaare L1 bis L3 je nach Schaltzustand des Schieber-Systems entweder Drucköl-Zulaufleitungen oder Ablaufleitungen. Auf der Seite der Druckölquelle P ist nun in die Druck öl-Zulaufleitung svii bis sv31 je ein handbetätigbares Isolier-Absperrventil IAV1 bis IAV3 eingeschaltet, und in die zugehörige Ablaufleitung svi2 bis sv32 ist jeweils ein federbelastetes (vorgespanntes) Isolier-Rückschlagventil IRVi ibs IRV3 eingeschaltet, derart, dass bei geschlossenen Absperrventilen AV der Verblockeinrichtung und durch Handbetätigung des Isolier-Absperr- ventils IAV der betreffende Umformer SV vom Druckölkreislauf bei laufender Turbine isolierbar und zwecks Auswechselung und Reparatur ausbaubar ist. Eine wesentliche Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang auch den handbetätigten, der Druckölentlastung des betreffenden isolierten Servoventils 5V dienenden Rückschlagventile RVlb. 1W3zu. B den Kanal Kl sind diese noch im einzelnen mit RV11 bis RV13 bezeichnet. Sie sind, wie ersichtlich, unmittelbar benachbart zum betreffenden Servoventil SV, an dessen Drucköl-Leitungen svll bis sv 31, und zwar hinter den Isolier-Absperrventilen IAT angeschlossen, d. h. auf der der Druckölquelle abgewandten Seite der Isolier-Absperrventile. Ausserdem sind diese Rückschlagventile auf der Kraftkolbenseite der Servoventile an die entsprechenden Einzel-Druckölleitungen l jeweils angeschlossen. Ein Anschliessen an die Ablaufleitungen sv 12 bis sv 32 ist nich erforderlich, weil die Drucköl entlastungsfunktion hier durch die Ventile IRV wahrgenommen wird. Vor einem Ausbau bzw. Auswechseln von defekten Servoventilen können diese also nicht nur hydraulisch isoliert werden - unter Weiterbetrieb des übrigen Regelkreises -, sie können auch hydraulisch druckentlastet werden, so dass ohne Leckölverlust und Ausspritzen von Öl ein Ausbauen erfolgen kann. Die Weggeber Wl bis W3 bzw. W10 bis W30 können als Dif ferential-Transformatoren arbeiten, es ist auch eine Arbeitsweise nach dem Wirbelstromprinzip möglich, ebenso wie Ultraschall-Weggeber geeignet sind. Fig. 5 zeigt noch eine Schaltlogik und wie die Diagnose in den einzelnen Kanälen und eine Meldung der verschiedenen Fehlerarten A, B und C erfolgt, worauf noch näher eingegangen wird. Fig. 6 zeigt eine Schaltlogik zur Kanal-Umschaltung, wobei der betreffende Kanal (einer der Kanäle Kl bis E3) erstens aktiv sein muss und zweitens darin ein Fehler auftreten muss, dann erfolgt ein Fehlersignal und als weitere Folge eine Kanalumschaltung. Fehlermeldung erfolgt, wenn eine der Fehlerarten A bis G auftritt, Fehlermeldung erfolgt auch im Palle einer unzulässigen Nullpunkt-Abweichung (Fehlertyp F). Weitere Erläuterungen folgen weiter unten. Die in Fig. 1 mit arabischen Ziffern 2 bis 16 bezeichneten Kreis symbole stellen elektrische Fehlersignale der elektro-hydraulischen Schaltung an bestimmten Schaltungsoder Anschlusspunkten dar; Anschlusspunkt 1 symbolisiert dagegen den Anschluss an den nicht dargestellten Turbinen- drehzahlregler bzw. Turbinenregelkreis mit seinem Stellungssollwert X5011 als Ausgangsgrösse. Im einzelnen erfolgt eine Fehlermeldung über 2, wenn i1 i i2, über 3, wenn i1 + i3 und über 4, wenn i2 + i3. Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von-Drei-Prinzip gemäss Fig. 3, links oben, erlaubt dann eine Identifizierung des den fehlerhaften Steuerstrom i1 oder i2 oder @3 führenden Kanals K1, K2 oder K3 über die zugehörigen, entsprechend bezifferten Ausgangssignale Al, A2 oder A3, welche besagen: "Regelverstärker oder Torquemotor (im betreffenden Kanal) gestört". Die Fehlersignale 5, 6 und 7 entstehen im Falle von Antivalenzen beim Spannungsvergleich der von den Weggebern W, W1, W2, W3 abgegebenen Spannungen. Bezeichnet man mit U1 die vom Weggeber W1 abgegebene Messspannung und mit u2, u3 entsprechend diejenigender anderen beiden Weggeber W2, W3, so erfolgt eine Fehlermeldung über 5, wenn u1 t u2, über 6, wenn u1 t u3, und über 7, wenn u2 # u3. Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von -Drei-Prinzip gemäss Fig 3, rechts oben, erlaubt dann eine Identifizierung des die fehlerhafte Wegmessung aufweisenden Kanals K10, K20, K30 bzw. K1, K2, K3 über die zugehörigen entsprechend bezifferten Ausgangssignale B1, B2, B3, welche besagen: "Wegmessung (im betreffenden Kanal) gestört". Bezeichnet man mit s1 die vom Weggeber W10 des elektrohydraulischen Umformers SV1 abgegebene Messspannung und mit s2, S3 entsprechend diejenige der Weggeber W20, W30 der anderen beiden Umformer SV2, 5V3, so erfolgt eine Fehler meldung über 8, wenn s1 # s2, über 9, wenn s1 # s3, und über 10, wenn s2 # s3. Die logische Verknüpfung nach dem Zwei- von - Drei-Prinzip gemäss Fig. 3, linker unterer Teil, erlaubt dann eine I- dentifizierung des fehlerhaften Kanals K1, K2 oder K3 über die zugehörigen, entsprechend bezifferten Ausgangssignale C1, G2, C3, welche besagen: "Servoventil (im betreffenden Kanal) gestört". Bezeichnet man ferner den oberen Grenzwert des Steuerstroms mit 1y und seinen unteren Grenzwert mit ix, dann erfolgt eine Fehlermeldung durch die Strommessgeräte 11.1, 13.1, 15.1 über entsprechende Fehlersignale 11 bzw. 12, wenn i1 > iy bzw. i1 < ix, 13 bzw. 14, wenn i2 > iy bzw. i2 < ix, und 15 bzw. 16, wenn i3 > iy bzw. i3 < y 3 Fl bis F3 und MF1 bis B3 bedeuten in Fig. 4 die entsprechende Nullpunktfehloranzeige bzw. Meldung der Nullpunktfehler für die zugehörigen Kanäle bis K3. In Fig. 5 bedeuten: die Meldesignale MAl bis MA3, dass einer der Verstärker und/oder Torquemotoren der Umformer SV1 bis SV3 in einem der entsprechenden, gleich bezifferten Kanäle Kl bis K3 defekt ist; die Meldesignale MB1 bis MB3, dass einer der entsprechenden, gleich bezifferten Weggeber W1 bis W3 in den Kanälen K10 bis K30 defekt ist, und die Meldesignale MCI bis MC3, dass eines der Servoventile SV1 bis SV3 in einem der entsprechenden, gleich bezifferten Kanäle K1 bis K3 defekt ist. Wie man erkennt, gehört zur Fehlermeldung des Typs MA ein Fehlersignalduo A-C, zur Fehlermeldung des Typs MB ein Fehlersignaltrio A-B-C und zur Fehlermeldung des Typs MC ein Fehlersignalsolo C. Auf Grund dieser Schaltlogik ist eine zuverlässige Fehlerdiagnose ermöglicht. Zu Fig. 6 ist noch nachzutragen, dass die in Rechteckkästchen gesetzten Bezeichnungen ME1, ME2 bzw. ME3 besagen, dass eine Meldung "Kanal-Umschaltung" erfolgt, und die in Kreise gesetzten Zeichen E2, E3, El bedeuten Befehle zur Umschaltung auf den Kanal K2 (von Kanal K1), K3 (von Kanal E2) und K1 (von Kanal K3). D1, D2, D3 bedeuten die Meldesignale des gerade aktiven Kanals K1, K2 oder K3. Der obere Teil der Fig. 6 verdeutlicht z. B., dass dann, wenn Kanal Kl gerade aktiv ist,ausser seinem Aktivitätsanzeigesignal D1, ein weiteres Fehlersignal des Typs Al, B1 oder C1 und/oder Fl auftreten muss, damit eines der beidenUnd-Gatter die Fehlermeldung an das nachgeschaltete Oder-Gatter weitergibt, so dass dann die Kanalumschaltung gemäss Signal E2 und die Meldung darüber erfolgen. Entsprechendes gilt für den mittleren und den unteren Teil der dargestellten Schaltlogik. Die Erfindung hat sich als so vorteilhaft erwiesen, dass ihr allgemeiner Gedanke der Mehrkanaligkeit gekoppelt mit einer besonderen Antivalenz-Überwachungsschaltung grundsätzlich auch verwirklicht werden kann, wenn anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen wird. Hierbei müsste bei der entsprechenden Anti valenz-8berwachungsschaltung zur Ermittlung des fehl erhaften Kanals eine 1- von -2-Auswahlschaltung zugrunde gelegt sein. Sinngemäss kann die Erfindung auch realisiert werden, wenn mehr als 3 Kanäle auf einen Servomotor arbeiten, wobei hier genauso wie bei der dreikanaligen Schaltung eine Najorisierung und damit relativ leichte Fehlererkennungskriterien gegeben sind. Bei einer zweikanaligen Überwachung ist eine Majorisierung nach den Regeln der Wahrscheinlichkeit nicht möglich; hier müssen noch zusätzliche Überwachungskriterien herangezogen werden,die eindeutig feststellen lassen, ob der eine oder der andere Kanal fehlerbehaftet bzw. gesund sind. 12 Patentansprüche 6 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Regeleinrichtung für Stellventile von Turbomaschinen, insbesondere für Industrieturbinen hoher Verfügbareit, wie Kompressor-Antriebsturbinen, mit mindestens einem Kraftkolben-Zylinder-System (Servomotor) zur Verstellung des Stellventils und mindestens einem- elektro-hydraulischen Umformer zur Erzeugung einer hydraulischen Stellgrösse für das Kraftkolben-Zylinder-System in Abhängigkeit von einer dem elektrischen Eingang des elektro-hydraulischen Umformers zugeführten elektrischen Stellgrösse des Turbinen-Regelkreises, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: : - die Druckseite und die Ablaufseite des Eraftkolben-Zy- linder-Systems (SM) sind mindestens dreikanalig (K1, K2, K3) an die hydraulischen Ausgangsleitungen (111, L2, L3) je eines elektro-hydraulischen Umformers (SV; SV1, SV2, SV3) angeschlossen; ; - von den mindestens drei elektro-hydraulischen Umfor mern (SV1, SV2, SV3) ist im Normalbetrieb nur einer, und zwar der des führenden, elektrisch und hydraulisch aktiven Kanals, mit dem Kraftkolben-Zylinder-System (SM) über seine Ausgangsleitungen verbunden, und in die Ausgangsleitungen (111, 2, L3) aller elektro-hydrau lischen Umformer (SV1, SV2, SV3) sind Absperrventile (AVl, AV2, AV3) einer Verblockeinrichtung (VE) ein geschaltet, mittels welcher die Verbindung zum Eraft- kolben-Zylinder-System (SM) bei denjenigen hydrauli schen Ausgangsleitungen der elektro-hydraulischen Um former absperrbar ist, welche einem gerade nicht füh renden, jedoch elektrisch synchron mit dem gerade ak tiven Kanal (K1 K2 oder E3) mitgefahrenen Kanal an gehören; - der Istwert der Kraftkolben-Stellung wird durch min destens drei mechanisch-elektrische Umformer (W1, W2, W3) als erste Weggeber (W) abgefragt, deren Ausgangs signale entsprechend mehrkanalig (E10, K20, K30) je weils den ersten Eingängen (e11, e12, e13) von minde stens drei elektrischen Regelkreisgliedern (RG; RG1, RG 2, RG3) in Form von Komparatoren und/oder Regelver stärkern zuführbar sind, wobei an die zweiten Eingänge (ei 2, e22, e32) der Regelkreisglieder die der gewünsch ten Ventil stellung entsprechende elektrische Grösse des Sollwertes XS oll des Turbinenregelkreises herangeführt ist und die durch die Soll-Istwerkt-Differenzbildung gewonnenen Stellgrössen an die elektrischen Eingänge (SV1, SV2, SV3) der elektro-hydraulischen Umformer (SV; SV1, SV2, SV3) entsprechend mehrkanalig weiterge leitet werden und wobei ein von den ersten Weggebern (W) abgegebenes Fehlersignal B zur Anzeige der gestör ten Wegmessung im betreffenden Kanal herangezogen ist; ; die Steuerschieber-Position der elektro-hydraulischen Um former (SV; SV1, SV2, SV3) wird durch je einen weiteren mechanisch-elektrischen Umformer(W10, W20, W30) als zwei ten Weggeber des Regelkreises abgefragt, zur Kontrolle, ob der betreffende Steuerschieber die der elektrischen Stellgrösse seines elektro-hydraulischen Umformers ana loge Position einnimmt, wobei ein Fehlersignal C der zweiten Weggeber zur Anzeige eines gestörten elektro hydraulischen Umformers (SV) im betreffenden Kanal (E;1, K2 oder K3) herangezogen ist; ; - mittels einer Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Uberwachung der Istwert-Signale (B, C) der ersten und zweiten Weggeber (W; W10, W20, W30) werden alle minde stens drei Kanäle (Ki bis E3) auf Fehlfunktion über wacht, wobei im Falle unzulässiger Abweichungen der Istwert-Signale eines Kanals ein Meldesignal (B bzw. C) erzeugbar und im Falle der festgestellten Abweichung in einem aktiven bzw. führenden Kanal eine selbsttätige Umschaltung auf einen gesunden Kanal unter Aktivierung desselben herbeiführbar ist. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i chn e t d u r c h eine solche Auslegung und Verknüpfung der Antivalenz-Überwachungsschaltung, dass im Falle der Fehlermeldung für einen zweiten zusätzlich zu einem ersten Kanal (Zweitfehler) alle Absperrventile (AV; AV1 bis AV3) im Sinne einer temporären vollständigen hydraulischen Blockade selbsttätig in die Schliessstellung bringbar sind, derart, dass bei Zulässigkeit einer manuellen Umschlatung auf den letzten Reservekanal Erst- und/oder Zweitfehler mittels Testroutine des Operators feststellbar sind und - nach Beseitigung der Fehler - die Blockade manuell aufhebbar ist. 3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in die Antivalenz-Überwachung der Kanäle (K1 bis K3)der Steuerstrom (i1 bis i3) und/oder die zugehörige Steuerspannung (u12, u13, u23) am Ausgang der Regelkreisglieder (RG; RG1 bis RG3) einbezogen ist und dass hierzu den Steuerstrom (i1 bis i3) führenden Signalausgangsleitungen (stl, st2, st3) Strom- und/oder Spannungsmessgeräte (11.1, 13.1, 15.1; 2.1, 3.1, 4.1) zugeordnet sind, wobei durch ein Fehlersignal (A) eine Störung des Regelkreisgliedes oder des Torque-Notors des elektro-hydraulischen Umformers (SV) im betreffenden Kanal anzeigbar ist. 4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in die Antivalenz-Überwachung der Kanäle (Kl, K2, E3) eine Nullpunkt-Überwachung des Steuerstromes einbezogen ist und mittels Strommessgeräten ein Fehlersignal F erzeugbar ist, wenn der Steuerstrom einen oberen oder unteren Grenzwert y bzw. 1x während einer vorgegebenen Zeispanne über oder unterschreitet. 5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Antivalenz-Überwachungsschaltung zur Ermittlung des feh lerhaften Kanals eine Zwei- von Drei-Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist. 6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Weggeber (W; W10 bis W30) Differential-Transformatoren sind, deren Induktivität bzw. Ausgangsspannung durch Verstellung ihrer bewegbaren Kerne eine der Istposition des abgefragten Stellgliedes analoge Grösse darstellt. 7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Absperrventile (AV1, AV2, AV3) sogenannte Cartridge-Ventile sind, und zwar 2/2-Wege-Sitz-Ventile. 8. Regeleirnichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Absperrventile (AV1, AV2, AV3) durch Magnetventile (M1, M2, M3) hydraulisch ansteuerbar sind, wobei die Magnetventile als binär arbeitende hydraulische 2/3-Wege-Sitz Ventile ausgeführt sinds welche abhängig von einem elektrischen Steuersignal eine eingangsseitige hydraulische Druckleitung (m10, m20, m5O) entweder mit einem Ablauf (m11, m21, m31) verbinden oder auf die ausgangsseitige hydraulische Steuerleitung (m12, m22, m32) schalten. 9. Regeleinrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektro-hydraulischen Umformer (SV; SVl, SV2, SV3) als elektro-hydraulische Durchfluss-Servo-Ventile ausgebildet sind, welche ein analoges Übertragungsglied mit proportionalem Verhalten darstellen. 10. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schieber-System der elektro-hydraulischen Umformer auf der Seite der Druckölquelle und auf der Seite des Kraftkolben-Zylinder-Systems jeweils an mindestens eine Druckölzulaufleitung und mindestens eine Ablaufleitung angeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass auf der Seite der Druckölquelle in die Drucköl-Zulaufleitung (P) ein handbetätigbares Isolier-Absperrventil (IAV, IAV bis IAV3) und in die Ablaufleitung ein federbelastetes (vorgespanntes) Isolier Rückschlagventil (IRV1 bis IRV3) eingeschaltet ist, derart, dass bei geschlossenen Absperrventilen (AV1 bis AV3) der Verblockeinrichtung (VE) und durch Handbetätigung des Isolier-Absperrventils (IAV) der betreffende elektro-hydraulische Umformer (SV) vom Druckölkreislauf bei laufender Turbine isolierbar und zwecks Auswechslung und Reparatur ausbaubar ist. 11. Regeleinrichtung nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h handbetätigte, der Druck öl entlastung des isolierten elektro-hydraulischen Umformers (SV) dienende Rückschlagventile (RV1 bis RV3), welche unmittelbar benachbart zum elektro-hydraulischen Umformer (SV) an dessen Drucköl-Leitungen (SV11, SV21, SV31; 111, 121, 131) sowohl auf der Seite der Druckölquelle (P) als auch auf der Seite der Absperrventile (AV) der Verblockeinrichtung (VE) angeschlossen sind. 12. Abwandlung der Regeleinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass anstelle einer dreikanaligen eine zweikanalige Ausführung vorgesehen ist und der entsprechenden Antivalenz-8berwachungs- schaltung zur Ermittlung des fehlerhaften Kanals eine 1von -2-Auswahlschaltung zugrunde gelegt ist.

Inventors: HAGENDORN, HEINRICH, MOORMANN, BERND
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F01D17
IPC codes: F01D17