Verfahren zur Schadenserkennung bei Betrieb einer Gasturbine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Scha ^¬ denserkennung bei Betrieb einer Gasturbine, sowie eine solche Gasturbine als auch eine Regelvorrichtung, welche dazu ausge ^¬ bildet ist, ein entsprechendes Verfahren auszuführen. Verfah- ren zur Schadenserkennung bei Betrieb einer Gasturbine sind bereits aus US 2004/079070 AI und US 2004/086024 AI. Eine Re ^¬ gelvorrichtung für eine Turbine ist zum Beispiel aus US

2012/194667 AI bekannt. Bei Gasturbinen können thermisch bedingt vielerlei Schäden auftreten. Bei Gasturbinen ist hierbei etwa der thermisch am höchsten beanspruchte Bereich, der so genannte Heißgasbe ^¬ reich, Temperaturen von bis zu 1.600 °C ausgesetzt. Liegt nun ein Schaden in dem Heißgasbereich vor, insbesondere an den Brennern bzw. Rohrbrennkammern einer Gasturbine, so kann oftmals beobachtet werden, dass diese Schäden nicht plötzlich auftreten, sondern sich über einen längeren Zeitraum hin abzeichnen und entwickeln. Oftmals gibt zu diesen thermisch bedingten Schäden eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb der Gasturbine Anlass. Bei einer Gasturbine werden etwa die Turbinenschaufeln im Falle eines Brennerschadens sehr stark thermisch wechselbeansprucht, da sie aufgrund ihrer Rotation den unterschiedlichen thermischen Bedingungen der Brenner ausgesetzt sind. Diese

Wechselbeanspruchung schädigt die Schaufeln einer Gasturbine mit zunehmender Betriebszeit strukturell. Je höher die Tempe ^¬ raturunterschiede, welchen die Komponenten bei der Wechselbe ^¬ anspruchungen ausgesetzt sind, desto schneller werden auch die Komponenten altern und schadensbedingt ausgewechselt wer ^¬ den müssen.

Nicht nur die thermische Wechselbeanspruchung, sondern auch statische thermische Spannungen können in der Nachbarschaft der beschädigten Stellen innerhalb der Gasturbine zu Materialversagen führen. Sind etwa bei einer Gasturbine die Brenner bzw. die Rohrbrennkammern beschädigt, lässt sich in Folge oftmals ein thermisches Materialversagen im Bereich der so genannten Transitions beobachten. Diesem Materialversagen geht typischerweise eine Schädigung der Keramikbeschichtung voraus, mit welcher die Transitions versehen sind. Nach Ver ^¬ sagen dieser Keramikbeschichtung kommt es oftmals zu einem Folgeversagen der metallischen Grundstruktur der Transitions. In Folge der ungünstigen thermischen Belastung dieser Bauteile kann es über längere Betriebszeiträume zu Mikrorissen bzw. anderen materialtechnischen Schädigungen der einzelnen Bauteile kommen. Derartige Mikrorisse entwickeln sich im Laufe der weiteren Betriebszeit zu makroskopischen Rissen, durch welche etwa kalte Kühlluft in die Brennkammer eintreten kann, was wiederum eine Absenkung der Brennerkammertemperatur verursacht. Die so abgesenkte Austrittstemperatur des Heißgases an dem jeweils betroffenen Brenner setzt sich nach Durchlaufen aller Turbinenstufen in zunehmend abgeschwächter Form lo- kal fort, kann jedoch im Bereich des Abgasaustrittskanals der Gasturbine noch messtechnisch signifikant als Kaltluftsträhne nachgewiesen werden.

Um derartige Schadensereignisse messtechnisch erfassen zu können, werden in den Gasturbinen oftmals Temperatursensoren (Thermoelemente) eingesetzt, welche Unterschiede in den ther ^¬ mischen Belastungen der Gasturbine bzw. der von dieser um- fassten Bauteile erfassen lassen. Bei Gasturbinen sind etwa zwölf bis vierundzwanzig Temperatursensoren radial im Bereich des Abgasaustrittskanals verteilt und erlauben so eine polare Abgastemperaturmessung. Bisher angewandte Methoden um derartige thermische Schadensereignisse zu erfassen, erforderten etwa eine Tiefpassfilterung der Temperaturmesswerte bzw. eine Vergleichsrechnung einzelner von den Temperatursensoren auf- genommener Temperaturmesswerte miteinander.

Hierbei hat sich jedoch gezeigt, dass thermisch bedingte Schäden nicht ausreichend rechtzeitig und sicher erkannt wer- den können, weshalb es eines weiteren Verfahrens bedarf, um die mit den Temperatursensoren gemessenen Temperaturmesswerte auswerten zu können, um eine sichere und zuverlässige Vorher ^¬ sage vornehmen zu können. Für den Betreiber einer Gasturbine ist es wünschenswert, derartige thermische Schäden möglichst früh zu erkennen, um eine verbesserte Planbarkeit der War ^¬ tungsmaßnahmen sowie eine Planbarkeit der Abschaltung der Gasturbine im Falle einer Instandssetzungsreparatur zu haben. Zudem will der Betreiber einer solchen Gasturbine einen Totalschaden verhindern, um so etwa auch Folgeschäden an anderen Bauteilen innerhalb der Gasturbine vermeiden zu können.

Die bekannten aktuellen Auswerteverfahren zur Analyse der Temperaturmesswerte liefern aufgrund der mitunter breiten Streuung der Ergebnisse nur unsichere und damit unzureichende Ergebnisse. Infolgedessen lässt sich die thermische

Schadensnahme oftmals nicht ausreichend frühzeitig erkennen. Zudem ist in den aufgenommenen Temperaturmesswerten auch eine natürliche stochastische Streuung vorhanden, was zu einer weiteren Verdeckung einer möglichen thermischen Schadensnahme führen kann.

Es stellt sich also als technisches Erfordernis heraus, ein weiteres Verfahren bzw. eine geeignete Regelvorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens bzw. eine entsprechende Gasturbine vorzuschlagen, welche die aus dem Stand der Tech ^¬ nik bekannten Nachteile vermeiden kann. Insbesondere soll ein Verfahren bzw. eine Regelvorrichtung wie auch eine Gasturbine vorgeschlagen werden, welche eine sichere und zuverlässige Früherkennung von thermischen Schadensereignissen ermöglicht.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Regelvorrichtung gemäß Anspruch 11 und eine Gasturbine gemäß An ^¬ spruch 12. Insbesondere ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Schadenserkennung bei Betrieb einer Gasturbine umfassend folgende Schritte:

- Berechnen eines Mittelwerts von einzelnen Temperaturmess- werten über einen vorgegebenen AbtastZeitraum eines Ensembles von Temperatursensoren in oder an der Gasturbine;

- Berechnen der einzelnen Temperaturdifferenzen zwischen dem Mittelwert und den einzelnen Temperaturmesswerten über den vorgegebenen AbtastZeitraum;

- Berechnen der einzelnen Temperaturdifferenzen für zeitlich aufeinander folgende AbtastZeiträume über ein vorgegebenes Zeitintervall ;

- Erstellen einer ersten Verteilung durch Einteilen der einen Temperatursensor zugeordneten Temperaturdifferenzen für das vorgegebene Zeitintervall in Temperaturdifferenz ^¬ intervalle;

- Vergleichen der ersten Verteilung mit einer zweiten Verteilung von ebenfalls in Temperaturdifferenzintervalle eingeteilte Temperaturdifferenzen;

- Erzeugen eines Betriebssignals auf Grundlage eines negati ^¬ ven Ergebnisses des Vergleichs.

Weiterhin werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben gelöst durch eine Regelvorrichtung, welche dazu ausgebil- det ist, das vorab wie auch nachfolgend beschriebene Verfah ^¬ ren auszuführen, wobei eine Berechnungseinheit umfasst ist, welche die Berechnung des Mittelwerts der einzelnen Tempera ^¬ turmesswerte, die Berechnung der einzelnen Temperaturdiffe ^¬ renzen, die Erstellung einer ersten Verteilung und einer zweiten Verteilung, und im Vergleich der ersten Verteilung mit einer zweiten Verteilung ausführt, sowie eine Signalerzeugungseinheit, welche im Falle eines negativen Ergebnisses des Vergleichs ein Betriebssignal erzeugt. Weiterhin werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben gelöst durch eine Gasturbine, welche eine vorab wie auch nachfolgend beschriebene Regelvorrichtung aufweist. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegenden Verteilungen im Sinne einer Häufigkeitsverteilung zu verstehen sind. Der erwähnte AbtastZeitraum entspricht hierbei einer inversen Abtastrate, gemäß welcher vorliegend bspw. einmal pro Sekunde eine Temperaturdifferenz berechnet wird. Wesentlich ist, dass der AbtastZeitraum kürzer ist als ein Zeitraum, über welchen typischerweise die Gasturbine betrieben wird, bevor eine Schadensnahme erfolgt. In anderen Worten soll der Abtastzeit ^¬ raum einerseits ausreichend kurz sein, um eine möglichst gute Zeitauflösung zu erlangen, andererseits auch nicht zu kurz, um damit eine unnötige Aufnahme von Daten, welche nachfolgend zeitlich auch zwischengespeichert werden müssen, zu vermei- den. Typische AbtastZeiträume liegen im Bereich von Sekunden bis Minuten.

Die vorliegenden Zeitintervalle sind erfindungsgemäß nicht kürzer als die Abtastzeiträume, können diesen aber in einem Fall sogar entsprechen. Typischerweise sind die Zeitinterval ^¬ le jedoch deutlich länger, so dass zahlreiche AbtastZeiträume in einem Zeitintervall liegen können. Die Zeitintervalle müs ^¬ sen so groß gewählt werden, dass die zeitliche Entwicklung der thermischen Schadensnahme ausreichend gut beobachtet wer- den kann. Typische Zeitintervalle liegen im Bereich von Ta ^¬ gen, Wochen oder sogar Monaten.

An dieser Stelle ist auch darauf hinzuweisen, dass die Tempe ^¬ raturdifferenzintervalle im Sinne von numerischen Intervallen zu verstehen sind, in welche die Temperaturdifferenzen je nach Wert einsortiert werden können, um nach entsprechender Einteilung eine Verteilung zu erhalten. In anderen Worten sind die Temperaturdifferenzintervalle nichts anderes als nu ^¬ merische Bereiche, welche vorab definiert wurden, über wel- chen eine Häufigkeitsverteilung berechnet werden soll. Die numerischen Intervalle sind im Normalfall benachbart, so dass jeder Temperaturdifferenz ein Intervall zugeordnet werden kann. Die numerischen Intervalle werden hierbei aus berech- nungstechnischen Gründen insbesondere gleich beabstandet voneinander gewählt, so dass jeweils ein Nachbarintervall sich über eine vergleichbare Intervalllänge erstreckt. Bei den vorliegenden Gasturbinen hat es sich als günstig erwiesen, die Nachbarintervalle zwischen 0,1 Kelvin und ca. 4 Kelvin hinsichtlich ihrer Intervallbreite zu wählen. Werden nun nachfolgend die Häufigkeiten einzelner Temperaturdifferenzen in den bestimmten numerischen Intervallen gezählt und mit der Gesamtzahl aller Einträge verglichen, kann eine Häufigkeits- Verteilung im Sinne der vorliegenden Verteilung leicht berechnet werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Gasturbine können die Temperatursensoren bevorzugt im Bereich des Abgasaustrittskanals ange- ordnet sein. Auch eine Anordnung der Temperatursensoren mit radialer Geometrie, zur Aufnahme eines polaren Temperaturbil ^¬ des ist bevorzugt.

Erfindungsgemäß soll ein Betriebssignal auf Grundlage eines negativen Ergebnisses des Vergleiches erzeugt werden. Ein ne ^¬ gatives Ergebnis liegt dann vor, falls aus dem Ergebnis des Vergleiches die Erkenntnis gewonnen werden kann, dass ein Schadensereignis eingetreten ist bzw. ein solches sich ab ^¬ zeichnet und zukünftig bevorsteht. Hierbei müssen typischer- weise bestimmte Grenzwerte vorab bestimmt sein, deren Über ^¬ schreitung bzw. Erreichen als negatives Ergebnis klassifi ^¬ ziert werden kann. Derartige Grenzwerte werden typischerweise anhand von Erfahrungswerten definiert. Auch je nach betrachteter Komponente der Gasturbine können hier unterschiedliche Grenzwerte vorbestimmt sein. Eine pauschale Vorabbestimmung derartiger Grenzwerte ist nicht sinnvoll.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Schadenserkennung auf Grundlage des Vergleichs zweier Verteilungen vorzunehmen. Die Verteilungen werden hierbei im Vorfeld für jeweilige Tempera ^¬ tursensoren erstellt und erlauben etwa die zeitliche Änderung der Abweichungen einzelner Temperaturmesswerte vom Mittelwert der einzelnen Temperaturmesswerte anzugeben. Anstelle also nun, wie etwa bisher üblich, einzelne Absolutwerte der Tempa- ratursensoren zu betrachten, werden erfindungsgemäß einzelne Verteilungen der Temperaturmesswerte betrachtet, welche über ein vorgegebenes Zeitintervall aufgenommen wurden. Die Auflö- sung der Verteilung wird hierbei durch die AbtastZeiträume bestimmt, und kann je nach Anforderung individuell einge ^¬ stellt werden.

Aufgrund des Vergleichs einzelner Verteilungen können nun die vorab beschriebenen Probleme hinsichtlich der Streuung einzelner Temperaturmesswerte verringert werden, da ganze Ver ^¬ teilungen verglichen werden, welche aus vielen Temperaturmesswerten abgeleitet wurden. Der Vergleich zweier Verteilungen kann hierbei wiederum auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, und ist Gegenstand der nachfolgenden Unteransprü ^¬ che. Es zeigt sich jedoch, dass nach Ausführen einer einfachen numerischen Berechnung der Vergleich aus den Verteilungen einem Vergleich einzelner Temperaturmesswerte deutlich überlegen ist.

Sollte sich aus einem solchen Vergleich nun ergeben, dass ein bestimmtes negatives Ergebnis abgeleitet werden kann, wird für den Betreiber der Gasturbine ein Betriebssignal erzeugt, welches etwa eine Leistungsreduzierung, ein bereichsweises Abschalten oder sogar ein Stilllegen der gesamten Gasturbine zur Folge haben kann.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Verteilung in dieselben Tem- peraturdifferenzintervalle eingeteilte Temperaturdifferenzen desselben Temperatursensors betrifft, welche doch für ein an ^¬ deres Zeitintervall berechnet wurden. Folglich kann so die zeitliche Veränderung der Verteilung eines Temperatursensors verfolgt werden und so auf zeitliche Veränderungen im örtli- chen Bereich des Temperatursensors Rückschlüsse gezogen wer ^¬ den. Zeigt sich also etwa, dass zu einem zeitlich nachfolgenden Zeitintervall sich eine signifikante Änderung der zweiten Verteilung ergeben hat, kann dies ein Anzeichen für das Vor- liegen eines negativen Ergebnisses sein. So kann etwa an einem vorbestimmten Temperatursensor festgestellt werden, dass sich eine Veränderung der zweiten Verteilung ergeben hat, wodurch etwa auf eine thermische Schadensnahme im Brennkammer- bereich geschlossen werden könnte.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vergleich der ersten Verteilung mit der zweiten Verteilung durch einen Vergleich des Maximums der ersten Verteilung mit dem Maximum der zweiten Verteilung erfolgt.

Der Vergleich der Maxima ist hierbei relativ einfach möglich, da lediglich einzelne numerische Werte miteinander verglichen werden müssen. Es ist also nicht notwendig, die gesamte Ver ^¬ teilungsbreite von erster Verteilung und zweiter Verteilung miteinander in Bezug zu setzen, sondern es reicht aus, ledig ^¬ lich die numerischen Werte der Maxima miteinander zu vergleichen, um eine statistisch signifikante Aussage vornehmen zu können. Die Berechnung ist also schnell und einfach durchzu ^¬ führen .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vergleich der ersten Verteilung mit der zweiten Verteilung dadurch erfolgt, dass beide Verteilungen in einem gemeinsamen Diagramm mit einer den zeitlichen Verlauf über die beiden Zeitintervalle repräsentierenden Achsen aufgetragen werden. Durch die grafisch dargestellte Änderung des Verlaufs der Verteilungen kann ebenfalls erkannt werden, wann die Verteilungsänderung eine Schadensnahme anzeigt bzw. an ^¬ kündigt. Besonders geeignet sind hierbei Farbwerthistogramme, welche anhand der Farbwerte einen numerischen Wertebereich erkennen lassen und so über Änderungen der Farbwerte auch auf Änderungen der numerischen Werte rückschließen lassen. Die Farbwerte erlauben eine optisch leicht eingängige Vertei ^¬ lungsdarstellung wie auch eine Kenntlichmachung von Vertei- lungsänderungen über die Zeit hinweg. Derartige Farbwerthis ^¬ togramme können beispielsweise dem Betreiber der Gasturbine für die einzelnen Temperatursensoren angezeigt werden, so dass er die Bereiche, an welchen Temperatursensoren angebracht sind, überprüfen kann.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Vergleich der ersten Verteilung mit der zweiten Verteilung durch einen Vergleich der Lage des Maximums der ersten Verteilung mit Grenzen eines Zustandsraumes erfolgt, welcher Zustandsraum aus der Verteilungsbreite der zweiten Verteilung bestimmt wurde. Die zweite Verteilung gibt also aufgrund ihrer Breite einen Zustandsraum, das heißt ein Werteband vor, innerhalb dessen das erste Maximum bei intakter Gasturbine liegen sollte. Der Zustandsraum ergibt sich hierbei aus Erfahrungswerten, das heißt Messwerte über eine Länge des Zeitintervalls, wobei sich der Zustandsraum aus der Verteilungsbreite der zweiten Verteilung ableitet. Insbesondere kann als Zustandsraum die drei Sigma-Breite der zweiten Verteilung herangezogen werden. Ist die Verteilungsbreite der zweiten Verteilung einmal be ^¬ stimmt, etwa im Vorfeld durch Auswertung zahlreicher Tempera- turmesswerte, kann leicht überprüft werden, ob das Maximum der ersten Verteilung in den Zustandsraum der zweiten Verteilung fällt oder nicht. Ein negatives Ergebnis wäre etwa dann gegeben, wenn das Maximum der ersten Verteilung außerhalb des Zustandsraumes der zweiten Verteilung zu liegen kommt. Die Ausführung dieses numerischen Vergleichs ist verhältnismäßig einfach und leicht zu vollführen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Verteilung und/oder die zweite Verteilung kumulativ für alle AbtastZeiträume der Zeitintervalle berechnet werden. Die kumulative Berechnung erhöht die statistische Aussagekraft, da zunehmend mehr Verteilungswerte der jeweils vorhergehend bereits bestimmten Verteilungen zu ^¬ geführt werden können, um so sukzessive eine immer genauere Verteilung zu erstellen. Eine derartige kumulative Berechnung zeigt am Ende von verhältnismäßig langen Zeitintervallen je ^¬ doch nur geringe Änderungen, so dass die Zeitintervalle ent ^¬ sprechend kurz gewählt werden sollten, um so eine Verdeckung von sich abzeichnenden thermischen Schadensnahmen zu verhindern .

Alternativ oder auch zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zweite Verteilung aus der ersten Verteilung durch eine gleitende Berechnung über das erste Zeitintervall hinaus her ^¬ vorgeht. Die zweite Verteilung ergibt sich also aus der ers ^¬ ten Verteilung, indem das zweite Zeitintervall entsprechend länger als das erste Zeitintervall bestimmt wird, und wenigs- tens teilweise mit diesem übereinstimmt. Auch diese Form der gleitenden Berechnung ermöglicht insbesondere bei grafischer Darstellung auf einem Bildschirm sowie kontinuierlicher Aktualisierung der Verteilungen eine einfache Möglichkeit, Veränderungen in der ersten Verteilung zu erfassen. Ist die zweite Verteilung nämlich für das erste Zeitintervall bzw. Teile da ^¬ von noch mit der ersten Verteilung identisch, kann nach darü- berhinausgehender gleitender Berechnung möglicherweise eine Abweichung sich einstellen, woraus ein negatives Ergebnis für den Vergleich abgeleitet werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Verteilung in Temperaturdifferenzintervalle eingeteilte Temperaturdifferenzen ei ^¬ nes anderen Temperatursensors betrifft, welche jedoch für dasselbe Zeitintervall berechnet wurden. Insofern werden mit derselben Auswertemethode etwa unterschiedliche Temperatur ^¬ sensoren über den gleichen Messzeitraum ausgewertet. Sind die Temperatursensoren etwa so angeordnet, dass ihr Tempera ^¬ turumfeld vergleichbar ist, sind über längere Betriebszeit- räume auch vergleichbare Verteilungen zu erwarten. Diese können gewöhnliche Alterungserscheinungen nachvollziehen lassen. Weichen jedoch die Verteilungen ab einem gewissen Zeitpunkt voneinander ab, kann dies ein Anzeichen für eine

Schadensnahme sein. Insbesondere bei Temperatursensoren, wel- che nach thermischen Gesichtspunkten einem zwar geometrisch anderem Ort jedoch thermisch gleichen Bedingungen ausgesetzt sein sollten, kann so schnell ein Abgleich der Temperatursensoren bzw. eine thermische Schadensnahme, welche mit einem bestimmten Temperatursensor korreliert werden kann, bestimmt werden .

Gemäß einer Weiterführung dieser Idee ist vorgesehen, dass der Vergleich der ersten Verteilung mit der zweiten Verteilung durch einen Vergleich des Maximums der ersten Verteilung mit dem Maximum der zweiten Verteilung erfolgt. Der Vergleich der Maxima ist, wie bereits oben ausgeführt, relativ einfach möglich, da lediglich zwei numerische Werte miteinander ver- glichen werden müssen. Die Berechnung für den Vergleich ist also verhältnismäßig einfach zu vollziehen, wie auch ein ne ^¬ gatives Ergebnis schnell aus dieser Berechnung abzuleiten.

Gemäß einer zusätzlichen Weiterführung dieses Ansatzes ist vorgesehen, dass der Vergleich der Maxima alle Maxima der

Temperatursensoren des Ensembles betrifft, so dass die Ensem ^¬ bledifferenz zwischen dem größten und dem kleinsten Maximum aus dem Ensemble bestimmt wird. Durch den Vergleich der einzelnen Maxima über alle Temperatursensoren hinweg kann so ein Temperaturvarianzfeld ermittelt werden, innerhalb dessen die maximalen ermittelten Temperaturunterschiede angegeben sind. Aus der Streubreite der einzelnen Maxima ergibt sich auch ein Maß für die Temperaturwechselbeanspruchung, welche die betreffenden Anbringungsorte der Temperatursensoren in der Gas- turbine erfahren. Bei rotierenden Heißgaskomponenten erlaubt dies einen Rückschluss auf die thermische Belastung dieser Komponenten. Die rotierenden Heißgaskomponenten werden nämlich kontinuierlich einer thermischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt, welche umso größer ist, je größer die Streubreite aller Maxima ist. In anderen Worten ist die thermische Wech ^¬ selbeanspruchung umso größer, je stärker das größte Maximum von dem kleinsten Maximum abweicht.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail näher beschrieben werden. Hierbei ist darauf hinzuwei ^¬ sen, dass die in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehenen technischen Merkmale gleiche technische Funktion auf ^¬ weisen sollen. Ebenfalls ist darauf hinzuweisen, dass die in den nachfolgenden Figuren beschriebenen technischen Merkmale in beliebiger Kombination miteinander, wie auch in beliebiger Kombination mit den vorab dargestellten Ausführungsformen der Erfindung beansprucht werden sollen, soweit die daraus resultierende Kombination die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe lösen kann . Fernerhin ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgenden Figuren lediglich schematisch zu verstehen sind, und insbesondere keinerlei Aussagen zu einer behaupteten Einschränkung der Ausführbarkeit der Erfindung erlauben. Hierbei zeigen:

FIG 1 eine diagrammatische Darstellung einer ersten Häu- figkeitsverteilung Di einzelner Temperaturdifferenzwerte für ein vorgegebenes Zeitintervall in TemperaturdifferenzIntervalle dTi, _j ;

FIG 2 eine diagrammatische Darstellung der in Figur 1 ge ^¬ zeigten ersten Häufgkeitsverteilung Di unter Angabe des Häufigkeitsmaximums Maxi bei einer Temperatur von -4.0 K (= dT _Ma xi ) ;

FIG 3 ein Farbwerthistogramm einer zeitlichen Darstellung der Veränderung einzelner Verteilungen über die Zeit t;

FIG 4 eine diagrammatische Darstellung des Verhältnisses der Lage von erstem Häufigkeitsmaximum Maxi (bzw. Maxi ^x ) der ersten Verteilung mit dem aus der zweiten Verteilung abgeleiteten Zustandsraums Z bei unterschiedlichen Leistungen P der Gasturbine; eine diagrammatische Darstellung der Streuung der Maxima Maxi für ein Ensemble von Temperatursensoren für jeweils ein vorbestimmtes Zeitintervall; FIG 6 eine diagrammatische Darstellung der Streuung der

Maxima Maxi von Temperatursensoren eines Ensembles von Temperatursensoren wie in FIG 5 gezeigt, jedoch mit deutlich geringerer Streubreite und eine flussdiagrammatische Darstellung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schadenserkennung bei Betrieb einer Gasturbine.

FIG 1 zeigt eine diagrammatische Darstellung einer ersten Häufigkeitsverteilung Di, welche normiert wurde. Die Ordinate entspricht somit einer einheitslosen relativen Häufigkeit H. Wie zu erkennen ist, weist die Häufigkeitsverteilung Di eine Verteilungsbreite von etwa 10 K auf, wobei ein klares Maximum bei einer Differenztemperatur dT von etwa -4 K ausgebildet ist. Die erste Verteilung Di wurde erstellt indem eine vorbe ^¬ stimmte Anzahl an Temperaturdifferenzen ATi, _k für zeitlich aufeinander folgende Abtasträume t _k über ein vorgegebenes Zeitintervall dti berechnet wurden und entsprechend einer Temperaturdifferenzintervalleinteilung dT in einzelne numeri- sehe Intervalle dTi, eingeteilt wurde. Nach entsprechender

Normierung und Abgleich der Temperatur auf einen vorbestimmten Nullwert hin ergibt sich die dargestellte erste Vertei ^¬ lung Di . An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die vorherge ^¬ henden und nachfolgenden Indizes i und m sich von 1 bis zur Anzahl der Temperatursensoren des betrachteten Ensembles erstrecken. Sind einzelne Sensoren beispielhaft herausgenommen, so werden die Indizes ausdrücklich angegeben, zum Beispiel mit 1 oder 2. Der Index k erstreckt sich weiterhin von 1 bis zur Anzahl der Abtastzeiträume, welche innerhalb eines Zeit ^¬ intervalls dt liegen. Dies kann lediglich nur ein Abtastzeit ^¬ raum sein, oder aber signifikant mehr, etwa auch von der Grö- ßenordnung 10 und mehr. Der Index j betrifft die Anzahl der einzelnen Temperaturdifferenzintervalle für eine Verteilung. Hierbei liegt der Index j typischerweise zwischen 1 und weni ^¬ ger als 1.000.

Die dargestellte erste Verteilung Di kann nun gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter mit einer zweiten Verteilung D2 verglichen werden, wobei die zweite Verteilung D2 ebenfalls in Temperaturdifferenzinter- valle dT eingeteilte Temperaturdifferenzen ATi, _k aufweist.

Ergibt sich nun eine Abweichung bei dem Vergleich der ersten Verteilung Di mit der zweiten Verteilung D ₂ , kann möglicherweise auf ein negatives Ergebnis des Vergleichs geschlossen werden, wobei ein Betriebssignal auf deren Grundlage erzeugt wird, und so dem Betreiber der Gasturbine etwa signalisiert wird, dass ein thermischer Schadensfall zukünftig eintreten wird, oder schon eingetreten ist.

FIG 2 zeigt, wie bereits in FIG 1 dargestellt, die erste Ver ^¬ teilung Di jedoch nun mit einem Hinweis auf das Maximum der ersten Verteilung Di. Da die Temperaturwerte auf einen

Nullwert hin abgeglichen wurden, zeigt die vorliegende Ver ^¬ teilung einen Maximalwert dT _Ma xi = Maxi von -4 K. Ausführungs ^¬ gemäß kann dieser Maximalwert Maxi für einen weiteren Vergleich der ersten Verteilung Di mit der zweiten Verteilung D2 herangezogen werden. Hierbei können beispielsweise, wie oben erklärt, die Maximalwerte Maxi und Max ₂ (=dT _Ma x2) der beiden Verteilungen Di und D2 miteinander verglichen werden, oder aber auch eine Übereinstimmung des Maximalwerts Maxi mit ei ^¬ nem Zustandsraum Z, welcher aus der Verteilungsbreite der zweiten Verteilung D2 abgeleitet wurde.

FIG 3 zeigt ein Farbwerthistogramm einzelner Verteilungen im zeitlichen Verlauf. Hierbei sind die in Temperaturdifferenz- Intervalle dT eingeteilten Verteilungen D gegen die Zeit t aufgetragen. Die Zeit t ihrerseits ergibt sich aus einer kon ^¬ tinuierlichen Darstellung einzelner Zeitintervalle dt, welche aufeinander folgen. Typischerweise trägt die Zeitachse die Einheit von Wochen. Der vorliegende Fall zeigt also den zeit ^¬ lichen Verlauf der in Temperaturdifferenzintervalle dT^ ein ^¬ geteilte Temperaturdifferenzen ATi, _k über eine Gesamtzeit von 22 Wochen. Die Zeitintervalle dt haben hierbei eine nicht weiter spezifizierte Länge. Nimmt man jedoch beispielsweise die erste Verteilung Di zum Zeitpunkt von drei Wochen, so stellt man fest, dass die Verteilung ein Maximum im Bereich von ca. +5 K aufweist. Änderungen dieses Maximalwerts der Verteilung Di etwa zu einer Zeit von fünfeinhalb Wochen, las- sen sich durch unterschiedliche Betriebsbedingungen der Gasturbine in Teillast erklären. Eine thermische Schadensnahme kann in diesem Fall aber ausgeschlossen werden.

Betrachtet man hingegen eine Verteilung, im Sinne einer zwei- ten Verteilung D ₂ , zum Zeitpunkt von 17 Wochen, so stellt man fest, dass die Verteilung zu größeren Temperaturdifferenzintervallwerten dTi, hin verschoben wurde. Das Maximum der Verteilung liegt nun etwa bei 7,5 K. Dieser Umstand ergibt sich aufgrund einer Schadensnahme der Brennkammerbauteile in der Gasturbine. In anderen Worten lässt sich klar aus dem Unterschied der ersten Verteilung Di und der zweiten Verteilung D ₂ , welche beide auf der Einteilung unterschiedlicher Tempe ^¬ raturdifferenzen ATi, _k eines Temperatursensors S± für gleiche Temperaturdifferenzintervalle dTi, erzeugt wurden, eine op- tisch leicht sichtbare Änderung erkennen. Diese Abweichung beider Verteilungen Di, D ₂ nimmt nach der siebten Woche bis zur zweiundzwanzigsten Woche noch zu. Zur zweiundzwanzigsten Woche konnte der Betreiber der betreffenden Gasturbine dann einen Ausfall der Gasturbine aufgrund von einer Schädigung der Heißgasbauteile in der Brennkammer verzeichnen. Dieser Schadensfall zur zweiundzwanzigsten Woche hatte sich jedoch bereits ab der sechzehnten Woche angekündigt. Durch eine kon ^¬ tinuierliche Überwachung der Temperaturmesswerte bzw. durch eine geeignete Auswertung wie im Rahmen der vorliegenden Er- findung vorgeschlagen, kann leicht anhand der optischen wie auch numerischen Abweichungen der berechneten Einzelverteilungen ein zukünftiger Schadensfall vorhergesagt werden. FIG 4 zeigt eine diagrammatische Darstellung eines optischen Vergleichs zwischen dem Maximalwert Maxi (bzw. Maxi ^x ) der ersten Verteilung Di im Vergleich zu einer aus der zweiten Verteilung D ₂ ermittelten Verteilungsbreite, dem Zustandsraum Z. Hierbei ist die Verteilungsbreite in Abhängigkeit der

Leistung P der Gasturbine aufgetragen. Wie sich leicht nachvollziehen lässt, nimmt diese Verteilungsbreite mit zunehmen ^¬ der Leistung zwar nicht zu, ist jedoch zu größeren Temperaturwerten hin linear verschoben. Wie bereits vorab angemerkt, ist es bekannt, dass sich bei unterschiedlichen Lasten der Gasturbine auch unterschiedliche Temperaturen bei der Ver ^¬ brennung einstellen, insbesondere bei Gasturbinen ist es etwa bekannt, dass bei zunehmender Last gemäß bestimmter Betriebs ^¬ verfahren sich auch die Brennkammertemperatur ändert.

Der Vergleich des ersten Maximums Maxi der ersten Verteilung Di mit dem Zustandsraum Z der zweiten Verteilung D ₂ erfolgt bei einer Leistung von etwa 215 MW. Wie deutlich zu erkennen ist, liegt der Maximalwert Maxi innerhalb des schraffierten Bereichs des markierten Zustandsraums Z. In anderen Worten ist die Abweichung der ersten Verteilung Di von der zweiten Verteilung D ₂ , welche vorliegend nicht explizit gezeigt ist, aber anhand des Zustandsraums bildlich darstellbar gemacht wurde, ausreichend übereinstimmend. Eine Schadensnahme der Heißgasteile der Gasturbine kann damit weitgehend ausge ^¬ schlossen werden.

Anders verhält es sich hingegen mit dem ebenfalls in den Dia ^¬ gramm dargestellten Maximalwert Maxi \ welcher etwa den Maxi- malwert einer anderen ersten Verteilung Di darstellen soll.

Wie leicht zu erkennen ist, fällt dieser alternative Maximal ^¬ wert Maxi ^λ nicht in den grau schattierten Bereich und liegt damit außerhalb des Zustandsraums Z der zweiten Verteilung D ₂ . Dieser Umstand kann nun als negatives Ergebnis des Ver- gleichs der beiden Verteilungen Di und D ₂ gewertet werden, und kann in der Erzeugung eines Betriebssignals münden. Der Betreiber kann also aufgrund der Abweichung der Werte einen Rückschluss darauf ziehen, dass ein mögliches thermisches Schadensereignis eingetreten ist.

FIG 5 zeigt eine Darstellung aller Maxima Maxi ) eines Ensembles an Temperatursensoren S±. Insgesamt sind die Maxima Maxi von 24 Temperatursensoren S± dargestellt, wobei die

Streuungsbreite ungefähr 75 K aufweist. Die Streuungsbreite entspricht der Ensembledifferenz E, welche auch als Vergleichsgröße für zukünftige Vergleiche herangezogen werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die gezeigten Maxima wieder einem Nullwertabgleich unterzogen wurden, bzw. die Maximalwerte mit einem konstanten Faktor soweit reduziert, dass sie um 0 K herum streuen. Diese diagrammtechnischen Vereinfachungen dienen lediglich der verbesserten Darstellung.

FIG 6 zeigt im Vergleich zu FIG 5 ein Diagramm einer Anzahl an Maxima Maxi des gleichen Ensembles an Temperatursensoren S±, wobei nun die Streubreite deutlich geringer ist und bei 21 K liegt. Durch einen Vergleich der Ensembledifferenz E beider Darstellungen lässt sich nun erkennen, dass innerhalb der betrachteten Gasturbine gemäß dem Betriebszustand nach Figur 6 weniger große thermische Abweichungen vorliegen. Ins- besondere bei Gasturbinen mit beweglichen bzw. rotierenden

Bauteilen, wie etwa dem Rotor, kann insofern davon ausgegangen werden, dass die sich beweglichen Bauteile vermehrt bzw. einer stärkeren thermischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt sind .

Sind die gezeigten Maxima Maxi etwa von Temperatursensoren abgeleitet, welche radial im Abgasaustrittskanal der Gastur ^¬ bine angeordnet sind, lässt sich aus der größeren Streubreite nach FIG 5 rückschließen, dass insbesondere die rotierenden Turbinenschaufeln bei ihrer Bewegung einer stärkeren thermischen Wechselbeanspruchung unterliegen. Dies wiederum lässt Schlüsse darauf zu, dass die thermisch belasteten Bauteile einem schnelleren Alterungsprozess unterliegen und damit ver- früht gewartet bzw. ausgetauscht werden müssen. Stellt man nun etwa im Laufe des Betriebs fest, dass die Streubreite sich bei einzelnen Maxima Maxi recht stark erhöht bzw. die Ensembledifferenz E sich signifikant ändert, kann dies als negatives Ergebnis gewertet werden und dem Betreiber der Gas ^¬ turbine anzeigen, dass eine Wartungsmaßnahme etwa durchge ^¬ führt werden sollte.

FIG 7 zeigt eine flussdiagrammatische Darstellung einer Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schadenserkennung beim Betrieb einer Gasturbine, welches folgende

Schritte umfasst:

- Berechnen des Mittelwerts T _av g, _k von einzelnen Temperaturmesswerten Ti, _k über einen vorgegebenen AbtastZeitraum t _k eines Ensembles von Temperatursensoren S± in oder an der

Gasturbine 1 (erster Verfahrensschritt 101);

- Berechnen der einzelnen Temperaturdifferenzen ATi, _k zwischen dem Mittelwert T _av g, _k und den einzelnen Temperaturmesswerten Ti, _k über den vorgegebenen AbtastZeitraum t _k (zweiter Verfahrensschritt 102);

- Berechnen der einzelnen Temperaturdifferenzen ATi, _k für

zeitlich aufeinander folgende AbtastZeiträume t _k über ein vorgegebenes Zeitintervall dti (dritter Verfahrensschritt

103) ;

- Erstellen einer ersten Verteilung Di durch Einteilen der einen Temperatursensor S± zugeordneten Temperaturdifferenzen ATi, _k für das vorgegebene Zeitintervall dti in Tempera ^¬ turdifferenzintervalle dTi, (vierter Verfahrensschritt

104) ;

- Vergleichen der ersten Verteilung Di mit einer zweiten Verteilung D2 vom ebenfalls in Temperaturdifferenzintervalle dTi, eingeteilte Temperaturdifferenzen ATi, _k (fünfter Verfahrensschritt 105) ;

- Erzeugen eines Betriebssignals auf Grundlage eines negati- ven Ergebnisses des Vergleichs (sechster Verfahrensschritt

106) . Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .