Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR RETROFITTING A TURBINE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/041494
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for retrofitting a turbine system with a control unit (1) that has a main actuating drive (2) which is provided for controlling the turbine rotational speed and which comprises a main piston (3), said main piston being hydraulically actuated by means of a fuel oil; a pilot actuating drive (4) which is fluidically connected to the main actuating drive (2) and which comprises a pilot piston (5), said pilot piston being hydraulically actuated by means of a fuel oil and being designed to selectively release or close a fuel oil inlet opening (6) and a fuel oil outlet opening (7) of the main actuating drive (2) for the fuel oil in an alternating manner; and an actuation unit which is fluidically connected to the pilot actuating drive (4) and is designed to supply or draw the fuel oil to or from the pilot actuating drive (4) in order to adjust the pilot piston (5).

Inventors:
KLASEN PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/069129
Publication Date:
March 08, 2018
Filing Date:
July 28, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
F01D17/24; F01D17/26; F15B13/044
Foreign References:
US20140260249A12014-09-18
US5346360A1994-09-13
US2878785A1959-03-24
Other References:
SH. S R NARASIMHAN ET AL: "Report of the Committee on Free Governor Mode Operation of Generating Units", 31 October 2015 (2015-10-31), XP055412496, Retrieved from the Internet [retrieved on 20171004]
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Umrüsten einer Turbinenanlage mit einer Steuereinheit (1), die einen zum Steuern der Turbinendrehzahl vorgesehenen Hauptstellantrieb (2) mit einem mittels eines Kraftöls hydraulisch betätigten Hauptkolben (3) , einen mit dem Hauptstellantrieb (2) fluidverbundenen Pilotstellantrieb (4) mit einem mittels eines Steueröls hydraulisch betätigten Pilotkolben (5) , der ausgebildet ist, eine Kraftöleinlassöff- nung (6) und eine Kraftölauslassöffnung (7) des Hauptstellantriebs (2) alternierend wahlweise freizugeben oder zu ver¬ schließen, und eine mit dem Pilotstellantrieb (4) fluidver- bundene Betätigungseinheit, die ausgebildet ist, dem Pilot¬ stellantrieb (4) zum Verstellen des Pilotkolbens (5) Steueröl zuzuführen oder zu entziehen, aufweist, umfassend die Schrit¬ te :

- Lösen der Betätigungseinheit von dem Pilotstellantrieb (4) der Turbinenanlage;

- Bereitstellen einer elektromechanischen Antriebseinheit (Electro-Mechanical Actuator, EMA) (13) mit einem Steuerbol¬ zen (14);

- Koppeln der elektromechanischen Antriebseinheit (13) mit dem Pilotstellantrieb (4) derart, dass der Steuerbolzen (14) der elektromechanischen Antriebseinheit (13) mit dem Pilot- kolben (5) des Pilotstellantriebs (4) mechanisch verbunden ist .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotstellantrieb (4) an einer Seite, insbesondere an seiner Unterseite, einen Steueranschluss (8) aufweist, mit dem vor dem Umrüsten die Betätigungseinheit verbunden ist und das Lösen der Betätigungseinheit die Schritte umfasst:

- Entfernen des Steueröls aus dem Pilotstellantrieb (4);

- Verschließen des Steueranschlusses (8) insbesondere mit ei¬ ner Abdeckplatte .

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotstellantrieb (4) an einer Seite, insbesondere an seiner Oberseite, einen Flanschdeckel (9) aufweist und das Koppeln der elektromechanischen Antriebseinheit (13) mit dem Pilotstellantrieb (4) die Schritte umfasst:

- Lösen des Flanschdeckels (9) von dem Pilotstellantrieb (4);

- Bereitstellen einer Kupplungsvorrichtung (15), die ein Kupplungsgehäuse (16), eine Kupplungshülse (18) und einen

Kupplungsbolzen (17) umfasst;

- Befestigen der Kupplungshülse (18) an dem Steuerbolzen (17) der elektromechanischen Antriebseinheit (13);

- Befestigen des Kupplungsbolzens (18) an dem Pilotkolben (5) des Pilotstellantriebs (4);

- Befestigen des Kupplungsgehäuses (16) an der elektromecha- nischen Antriebseinheit (13);

- Aufsetzen des Kupplungsgehäuses (16) auf den Pilotstellan¬ trieb (4) anstelle des Flanschdeckels (9); - Befestigen des Kupplungsgehäuses (16) an dem Pilotstellantrieb (4) ;

- Befestigen der Kupplungshülse (17) an dem Kupplungsbolzen (18) .

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) der Turbinenanlage eine Stellungsrückmeldeeinheit (10) aufweist und das Verfah¬ ren den weiteren Schritt umfasst:

- Stilllegen der Stellungsrückmeldeeinheit (10).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungsrückmeldeeinheit (10) einen Rückmeldekolben (11) aufweist, der mit dem Hauptstellantrieb (2) über eine Hebel¬ anordnung (12) und mit dem Pilotstellantrieb (4) hydraulisch derart gekoppelt ist, dass eine stellungsabhängige Rückkopp¬ lung des Hauptstellantriebs (2) auf den Pilotstellantrieb (4) erfolgt, und das Stilllegen der Stellungsrückmeldeeinheit (10) die Schritte umfasst: - Lösen der Hebelanordnung (12) von dem Hauptstellantrieb (4) und von dem Rückmeldekolben (11) der Stellungsrückmeldeeinheit (10);

- Entfernen des Rückmeldekolbens (11) aus der Stellungsrück- meldeeinheit (10);

- Einsetzen eines Stopfens (19) in die Stellungsrückmeldeeinheit (10) anstelle des Rückmeldekolbens (11); - Verschließen der Stellungsrückmeldeeinheit (10) an deren Oberseite mittels eines Flanschdeckels (20).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstellantrieb (2) und die Stel- lungsrückmeldeeinheit (10) benachbart zu dem Pilotstellan¬ trieb (4) auf dessen gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind .

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanlage eine Dampfturbinenan- lage, insbesondere eine Dampfturbinenanlage aus der russi¬ schen LMZ-Baureihe .

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanlage eine Dampfturbinen des Typs K200-130 ist und die elektromechanische Antriebseinheit einen Hub im Be¬ reich von 0 mm bis 70 mm und bevorzugt von 21 mm, eine Stell¬ kraft im Bereich von 10 kN bis 100 kN und bevorzugt von 18 kN, eine Positioniergenauigkeit geringer als 0,5 mm, vorteil¬ haft geringer als 0,2 mm und bevorzugt von 0,1 mm und eine Ansprechzeit geringer als 0,3 s und bevorzugt von 0,1 s auf¬ weist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Antriebseinheit (13) ausfallsicher ausgelegt ist (Safety Electro-Mechanical Actuator, S-EMA) und eine Fail-Safe-Funktion derart aufweist, dass sich der Steuerbolzen (14) der elektromechanischen Antriebseinheit (13) bei einem Spannungsabfall selbsttätig in eine vorbestimmte Stellung verstellt, insbesondere infolge einer entsprechenden Federvorspannung. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Antriebs¬ einheit (13) ein PRUSS Electro-Hydrostatic Actuator Drive (PEH-D) ist. 11. Verwendung einer elektromechanischen Antriebseinheit

(13) , die insbesondere einen Hub im Bereich von 0 mm bis 70 mm und bevorzugt von 21 mm, eine Stellkraft im Bereich von 10 kN bis 100 kN und bevorzugt von 18 kN, eine

Positioniergenauigkeit geringer als 0,5 mm, vorteilhaft ge- ringer als 0,2 mm und bevorzugt von 0,1 mm und eine Ansprech¬ zeit geringer als 0,3 s und bevorzugt von 0,1 s aufweist, zum Umrüsten einer Turbinenanlage, insbesondere einer Dampfturbi¬ nenanlage aus der russischen LMZ-Baureihe und speziell des Typs K200-130, mit einer Steuereinheit (1), die einen zum Steuern der Turbinendrehzahl vorgesehenen Hauptstellantrieb (2) mit einem mittels eines Kraftöls hydraulisch betätigten Hauptkolben (3), einen mit dem Hauptstellantrieb (2) fluid- verbundenen Pilotstellantrieb (4) mit einem mittels eines Steueröls hydraulisch betätigten Pilotkolben (5) , und eine mit dem Pilotstellantrieb (4) fluidverbundene Betätigungsein¬ heit umfasst, die ausgebildet ist, dem Pilotstellantrieb (4) zum Verstellen des Pilotkolbens (5) Steueröl zuzuführen oder zu entziehen.

12. Verwendung einer elektromechanischen Antriebseinheit (13) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrome- chanische Antriebseinheit (13) eine Fail-Safe-Funktion derart aufweist, dass die elektromechanische Antriebseinheit (13) bei einem Spannungsabfall selbsttätig in eine vorbestimmte Stellung verfährt, insbesondere infolge einer Vorspannung ei¬ ner in der elektromechanischen Antriebseinheit (13) vorgese¬ henen Feder.

13. Verwendung einer elektromechanischen Antriebseinheit (13) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein PRUSS Electro-Hydrostatic Actuator Drive (PEH-D) (13) als elektro¬ mechanische Antriebseinheit gewählt wird.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Umrüsten einer Turbinenanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrüsten einer Turbinenanlage mit einer Steuereinheit, die einen zum Steuern der Turbinendrehzahl vorgesehenen Hauptstellantrieb mit einem mittels eines Kraftöls hydraulisch betätigten Hauptkolben, einen mit dem Hauptstellantrieb fluidverbundenen Pilotstell- antrieb mit einem mittels eines Steueröls hydraulisch betä ¬ tigten Pilotkolben, der ausgebildet ist, eine Kraftöleinlass- öffnung und eine Kraftölauslassöffnung des Hauptstellantriebs für das Kraftöl alternierend wahlweise freizugeben oder zu verschließen, und eine mit dem Pilotstellantrieb fluidverbun- dene Betätigungseinheit, die ausgebildet ist, dem Pilotstell ¬ antrieb zum Verstellen des Pilotkolbens Steueröl zuzuführen oder zu entziehen, aufweist.

Derartige Turbinenanlagen sind weltweit im Einsatz und werden teilweise seit mehreren Jahrzenten betrieben. Beispielsweise handelt es sich bei Dampfturbinenanlagen der russischen LMZ- Baureihe und speziell des Typs K200-130 um Turbinenanlagen dieser Gattung. Dampfturbinenanlagen des Typs K200-130 genügen in Hinsicht auf Betriebssicherheit und Frequenzstabilität den inzwischen geltenden gesetzlichen Vorgaben, die in korrespondierende technische Spezifikationen (Grid Code) über ¬ setzt wurden, nicht mehr, weshalb sie für einen vorschrifts ¬ gemäßen Weiterbetrieb spezifikationsgemäß umgerüstet werden müssen. Im Rahmen der Umrüstung müssen sie insbesondere mit einer präzisen elektronischen Steuerung versehen werden, um eine frequenzbasierte Steuerung der Dampfturbinenanlagen zu ermöglichen. Wegen der hohen Zahl installierter derartiger Dampfturbinenanlagen wird für die Umrüstung eine Flottenlösung benötigt, die überdies möglichst geringe Stillstandzei- ten verursacht.

Eine Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 umfasst einen Hauptstellantrieb, der während des Betriebs der Dampfturbi- nenanlage über eine Ventilanordnung den Strom des Arbeits- fluids in die erste Turbinenstufe und damit unmittelbar die Turbinenleistung sowie die Turbinendrehzahl steuert, welche in direktem Zusammenhang mit der jeweils geforderten lokalen Netzfrequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz stehen muss. Das Betätigen des Hauptstellantriebs erfolgt hydraulisch mittels eines un ¬ ter einem Druck von ca. 21 bar stehenden Kraftöls.

Ferner weist eine Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 zum Betätigen des Hauptstellantriebs einen Pilotstellantrieb mit einem Pilotkolben auf. Der Pilotkolben ist derart ausgebildet, dass er eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung des Hauptstellantriebs für das Kraftöl alternierend wahlweise freigeben oder verschließen kann. Der Pilotstellantrieb ist selbst ebenfalls für eine hydraulische Betätigung ausgelegt. Zur Steuerung des Pilotstellantriebs ist entsprechend eine Betätigungseinheit vorgesehen, welche mit dem Pilotstellan ¬ trieb gekoppelt ist und den Pilotkolben mittels eines Steuer ¬ öls hydraulisch bewegt.

Eine Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 umfasst zusätzlich eine Stellungsrückmeldeeinheit mit einem Rückmeldekolben. Der Rückmeldekolben ist mit dem Hauptstellantrieb mittels einer Hebelanordnung und mit dem Pilotstellantrieb hydraulisch der- art gekoppelt, dass eine stellungsabhängige Rückkopplung des Hauptstellantriebs auf den Pilotstellantrieb erfolgt. Der Hauptstellantrieb und die Stellungsrückmeldeeinheit sind be ¬ nachbart zu dem Pilotstellantrieb auf dessen gegenüberliegen ¬ den Seiten angeordnet.

Die Betätigungseinheit einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 wird rein mechanisch angetrieben, weshalb die Dampfturbinenanlage von einem automatischen und/oder ferngesteuerten Betrieb ausgeschlossen ist. Abgesehen davon lässt die Be- tätigungseinheit eine Steuerung der Turbinendrehzahl nicht mit der vorgeschriebenen Genauigkeit zu und besitzt zu lange Ansprechzeiten. Zudem ist ihr Schutzsystem altersbedingt infolge von Verschleiß oder Korrosion oder infolge von Verun- reinigungen beispielsweise des Steueröls nur eingeschränkt oder überhaupt nicht funktionsfähig. Wegen dieser Probleme der ursprünglichen Betätigungseinheit muss zur Umrüstung einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 eine alternative Betätigungseinheit für den Kolben des Pilotstellantriebs be ¬ reitstellt werden.

Eine mögliche Umrüstungsvariante besteht darin, die mecha ¬ nisch betriebene Betätigungseinheit durch eine elektrisch be- triebene Betätigungseinheit zu ersetzen, die weiterhin hyd ¬ raulisch mit dem Pilotkolben des Pilotstellantriebs gekoppelt ist. Es hat sich aber erwiesen, dass aufgrund von hydrauli ¬ schen Rückkopplungen und Verunreinigungen in dem Steueröl die Regelbarkeit der Turbinenanlage teilweise auch nach der Um- rüstung unzureichend und im Vergleich mit modernen Turbinenanlagen als mangelhaft zu bezeichnen ist. Abgesehen davon können die Verunreinigungen im Steueröl dazu führen, dass die Regelventile der Hochdruckstufe im Fehlerfall nicht sicher geschlossen werden können.

Bei einer weiteren Umrüstungsvariante werden die Regelventile der Hochdruckstufe mit einem alternativen mechanischen Stellantrieb versehen. Da dieser nicht über eine Sicherheitsfunktion verfügt und im Falle eines Stromausfalls oder Draht- bruchs in der jeweils aktuellen Stellung verbleibt, ohne die Regelventile der Hochdruckstufe zu schließen, wird ein zu ¬ sätzlicher Hochdruckantrieb benötigt, um im Fehlerfall die Regelventile der Hochdruckstufe zu verschließen. Das Umrüsten einer Turbinenanlage nach dieser Variante ist aufwändig und erfordert gewöhnlich eine Stillstandzeit von nicht unter ei ¬ ner Woche.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Umrüsten einer Turbinenanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine geringere Umrüstzeit erfordert, eine automatische

Steuerbarkeit mit einer hohen Positioniergenauigkeit und ge- ringer Ansprechzeit schafft und für den Fall eines Kabel ¬ bruchs oder Stromausfalls eine Fail-Safe-Funktion vorsieht.

Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Umrüsten einer Turbi- nenanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es die Schritte umfasst:

Lösen der Betätigungseinheit von dem Pilotstellantrieb der Turbinenanlage ;

Bereitstellen einer elektromechanischen Antriebseinheit (Electro-Mechanical Actuator, EMA) mit einem Steuerbolzen;

Koppeln der elektromechanischen Antriebseinheit mit dem Pilotstellantrieb derart, dass der Steuerbolzen der elekt ¬ romechanischen Antriebseinheit mit dem Pilotkolben des Pilotstellantriebs mechanisch verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Pilotkolben des Pilotstellantriebs mittels einer elektromechanischen An ¬ triebseinheit zu verstellen. Dazu werden der Steuerbolzen der elektromechanischen Antriebseinheit und der Pilotkolben des Pilotstellantriebs miteinander mechanisch derart verbunden, dass in der Stellrichtung zwischen dem Steuerbolzen und dem Pilotkolben kein Spiel besteht. Infolgedessen wird die ursprüngliche Betätigungseinheit entbehrlich und kann von der Turbinenanlage entfernt werden. Ein Vorteil des vorgeschlage ¬ nen Verfahrens zum Umrüsten einer Turbinenanlage besteht da ¬ rin, dass der Pilotkolben des Pilotstellantriebs nicht hyd- raulisch verstellt wird, wodurch Funktionseinschränkungen oder Funktionsfehler aufgrund von hydraulischen Rückkopplungen bzw. Verunreinigungen des Steueröls ausgeschlossen sind. Die elektromechanische Steuerung des Pilotstellantriebs er ¬ laubt überdies eine höhere Genauigkeit beim Positionieren des Hauptstellantriebs. Während bekannte Umrüstungsverfahren

Stillstandzeiten von einer Woche oder darüber verursachen, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb von zwei Tagen abschließen. Bei einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 ist der Pi ¬ lotstellantrieb benachbart zu dem Hauptstellantrieb angeord ¬ net und weist an seiner Unterseite, einen Steueranschluss auf, mit dem vor dem Umrüsten die Betätigungseinheit verbun- den ist. Entsprechend umfasst das Lösen der Betätigungsein ¬ heit gemäß einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schritte:

- Entfernen des Steueröls aus dem Pilotstellantrieb;

- Verschließen des Steueranschlusses insbesondere mit einer Abdeckplatte .

Nach dem Abmontieren der Betätigungseinheit wird das Steueröl nicht mehr benötigt und kann folglich aus dem Pilotstellantrieb abgelassen werden. Der ohne Betätigungseinheit eben ¬ falls funktionslose Steueranschluss kann mit einer Abdeck ¬ platte verschlossen werden, um das Eindringen von Fremdkörpern und/oder Luftfeuchtigkeit in den Pilotstellantrieb zu verhindern.

Der Pilotstellantrieb einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 weist an seiner Oberseite, einen Flanschdeckel auf. Entsprechend umfasst das Koppeln der elektromechanischen An- triebseinheit mit dem Pilotstellantrieb vorteilhaft die

Schritte :

- Lösen des Flanschdeckels von dem Pilotstellantrieb; - Bereitstellen einer Kupplungsvorrichtung, die ein Kupplungsgehäuse, eine Kupplungshülse und einen Kupplungsbolzen umfasst ;

- Befestigen der Kupplungshülse an dem Steuerbolzen der

elektromechanischen Antriebseinheit;

- Befestigen des Kupplungsbolzen an den Pilotkolben des Pilotstellantriebs; - Befestigen des Kupplungsgehäuses an der elektromechanischen Antriebseinheit ; - Aufsetzen des Kupplungsgehäuses auf den Pilotstellantrieb anstelle des Flanschdeckels;

- Befestigen des Kupplungsgehäuses an den Pilotstellantrieb; - Befestigen der Kupplungshülse an den Kupplungsbolzen.

Die Verwendung einer derartigen Kupplungsvorrichtung stellt eine flexible Möglichkeit dar, die elektromechanische An ¬ triebseinheit mit dem Pilotstellantrieb zu koppeln. Dabei wird vorzugsweise auf kostengünstig verfügbare vorgefertigte Komponenten zurückgegriffen, d.h. das Kupplungsgehäuse, die Kupplungshülse und der Kupplungsbolzen werden passend zu der elektromechanischen Antriebseinheit und dem Pilotstellantrieb ausgewählt und allenfalls geringfügig mittels bekannter Fer- tigungsverfahren nachgearbeitet. Dabei hängt die Wahl der

Komponenten von den Abmessungen der konkreten elektromechanischen Antriebseinheit und des konkreten Pilotstellantriebs ab . Weiterhin weist die Steuereinheit einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 eine Stellungsrückmeldeeinheit auf. Ent ¬ sprechend umfasst das Verfahren bevorzugt den weiteren

Schritt : - Stilllegen der Steuerrückmeldeeinheit.

Konkret ist die Stellungsrückmeldeeinheit einer Dampfturbi ¬ nenanlage des Typs K200-130 benachbart zu dem Hauptstellan ¬ trieb und gegenüberliegend zu dem Pilotstellantrieb angeord- net und weist einen Rückmeldekolben auf, der mit dem Haupt ¬ stellantrieb über eine Hebelanordnung und mit dem Pilotstell ¬ antrieb hydraulisch derart gekoppelt ist, dass eine stel ¬ lungsabhängige Rückkopplung des Hauptstellantriebs auf den Pilotstellantrieb erfolgt. Entsprechend kann das Stilllegen der Stellungsrückmeldeeinheit vorteilhaft die Schritte umfas ¬ sen : - Lösen der Hebelanordnung von dem Hauptstellantrieb und von dem Rückmeldekolben der Stellungsrückmeldeeinheit;

- Entfernen des Rückmeldekolbens aus der Stellungsrückmelde ¬ einheit;

- Einsetzen eines Stopfens in die Stellungsrückmeldeeinheit anstelle des Rückmeldekolbens;

- Verschließen der Stellungsrückmeldeeinheit an deren Ober- seite mittels eines Flanschdeckels.

Durch einen Stopfen lassen sich die hydraulischen Verbindungsöffnungen zum Pilotstellantrieb verschließen, sodass kein Kraftöl in die stillgelegte Stellungsrückmeldeeinheit austreten kann.

Bevorzugt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine

Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 umgerüstet. Jedoch las ¬ sen sich mit dem angegebenen Verfahren auch eine Vielzahl weiterer Dampfturbinenanlagen, insbesondere der russischen LMZ-Baureihe, deren Steuereinheiten einen ähnlichen Aufbau wie die Steuereinheiten von Dampfturbinenanlagen des Typs K200-130 besitzen, umrüsten, um diese an die derzeit geltenden gesetzlichen Vorgaben anzupassen.

Gemäß einer vorteilhaften Variante wird zum Umrüsten einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 eine elektromechanische Antriebseinheit verwendet, die insbesondere einen Hub im Be ¬ reich vom 0 mm bis 70 mm und bevorzugt von 21 mm, eine Stell- kraft im Bereich von 10 kN bis 100 kN und bevorzugt von 18 kN, eine Positioniergenauigkeit geringer als 0,5 mm, vorteil ¬ haft geringer als 0,2 mm und bevorzugt von 0,1 mm und einer Ansprechzeit geringer als 0,3 Sekunden und bevorzugt von 0,1 Sekunden aufweist. Mit einer elektromechanischen Antriebseinheit dieser Spezifikation lassen sich für Dampfturbinenanla- gen des Typs K200-130 die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Frequenzstabilität erfüllen.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine elektromechanische Antriebseinheit verwendet, die ausfallsi ¬ cher ausgelegt ist (Safety Electro-Mechanical Actuator, S- EMA) und eine Fail-Safe-Funktion derart aufweist, dass sich der Steuerbolzen der elektromechanischen Antriebseinheit bei einem Spannungsabfall selbsttätig in eine vorbestimmte Stel ¬ lung verstellt, insbesondere infolge einer entsprechenden Fe ¬ dervorspannung. Mit einer solchen elektromechanischen Antriebseinheit können die derzeit geltenden Sicherheitsbestim- mungen für Turbinenanlagen eingehalten werden.

Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Umrüsten ein PRUSS Electro-Hydrostatic

Actuator Drive (PEH-D) verwendet. Der PRUSS Electro- Hydrostatic Actuator Drive ist als Kombination einer elektrischen und einer hydrostatischen Funktionsgruppe ausgebildet. Er weist spezifikationsgemäß die erforderlichen Kenngrößen auf, um eine K200-130 entsprechend den geltenden gesetzlichen Bestimmungen betreiben zu können. In Simulationsstudien wurde seine Eignung zum Umrüsten einer Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 bereits erfolgreich nachgewiesen.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens zum Umrüsten einer Turbinenanlage anhand der beiliegenden Zeichnung deutlich. Darin ist:

Figur 1 eine schematische teilweise Querschnittsansicht ei ¬ ner russischen Dampfturbinenanlage des Typs K200- 130 vor dem Umrüsten;

Figur 2 eine perspektivische Teilansicht der in Figur 1

dargestellten Dampfturbinenanlage nach dem Umrüsten mittels eines Verfahrens gemäß einer Ausführungs ¬ form der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 eine vergrößerte perspektivische Detailansicht der in Figur 2 dargestellten Dampfturbine;

Figur 4 eine Seitenansicht des in Figur 3 dargestellten Details;

Figur 5 eine Vorderansicht des in Figur 3 dargestellten De ¬ tails;

Figur 6 eine weitere Seitenansicht des in Figur 3 darge ¬ stellten Details, verglichen mit Figur 4 von der Gegenseite aus gesehen;

Figur 7 eine perspektivische Ansicht des PRUSS Electro- Hydrostatic Actuator Drive (PEH-D) ;

Figur 8 eine vergrößerte seitliche Detailansicht des in Fi ¬ gur 7 dargestellten PEH-D;

Figur 9 eine Querschnittsansicht des in Figur 4 dargestell ¬ ten Details; und

Figur 10 eine vergrößerte Seitenansicht des in Figur 5 dar ¬ gestellten Details.

Die Figur 1 zeigt eine Steuereinheit 1 einer Dampfturbinenan- lage des Typs K200-130 im Originalzustand. Die Dampfturbinen- anlage des Typs K200-130 gehört zu der russischen LMZ- Baureihe, deren weitere Dampfturbinenanlagen ähnlich aufgebaute Steuereinheiten umfassen.

Die Steuereinheit 1 weist einen zum Steuern der Turbinendrehzahl vorgesehenen Hauptstellantrieb 2 auf, der einen mittels eines Kraftöls hydraulisch betätigten Hauptkolben 3 umfasst. Ferner umfasst die Steuereinheit 1 einen Pilotstellantrieb 4, der benachbart zu dem Hauptstellantrieb 2 angeordnet und mit diesen fluidverbunden ist.

Der Pilotstellantrieb 4 weist einen mittels eines Steueröls hydraulisch betätigten Pilotkolben 5 auf. Der Pilotkolben 5 ist ausgebildet, um eine Kraftöleinlassöffnung 6 und eine Kraftölauslassöffnung 7 des Hauptstellantriebs 2 alternierend wahlweise freizugeben oder zu verschließen. Weiterhin ist an der Unterseite des Pilotstellantriebs 4 ein Steueranschluss 8 vorgesehen, um eine ebenfalls zu der Steuereinheit 1 gehören ¬ de nicht dargestellte Betätigungseinheit unter Herstellung einer Fluidverbindung an den Pilotstellantrieb 4 anzuschlie ¬ ßen. Die Betätigungseinheit ist ausgebildet, um den Pilot ¬ stellantrieb 4 zum Verstellen des Pilotkolbens 5 das Steueröl zuzuführen oder zu entziehen. Ferner umfasst der Pilotstellantrieb an seiner Oberseite einen Flanschdeckel 9.

Die Steuereinheit 1 weist weiterhin eine Stellungsrückmelde- einheit 10 auf, die benachbart zu dem Pilotstellantrieb 4 und gegenüberliegend zu dem Hauptstellantrieb 2 angeordnet ist.

Sie umfasst einen Rückmeldekolben 11, der mit dem Hauptstellantrieb 2 mittels einer Hebelanordnung 12 und mit dem Pilot ¬ stellantrieb 4 hydraulisch derart gekoppelt ist, dass eine stellungsabhängige Rückkopplung des Hauptstellantriebs 2 auf den Pilotstellantrieb 4 erfolgt.

Die Figuren 2 bis 10 zeigen die Steuereinheit 1 der Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 in dem erfindungsgemäß umgerüs ¬ teten Zustand. Die Steuereinheit 1 weist eine elektromechani- sehe Antriebseinheit 13 (Electro-Mechanical Actuator, EMA) auf, die einen Steuerkolben 14 umfasst und mit dem Pilot ¬ stellantrieb 4 gekoppelt ist. Der Steuerkolben 14 der elekt- romechanischen Antriebseinheit 13 ist mit dem Pilotkolben 5 des Pilotstellantriebes 4 mechanisch derart verbunden, dass in der Stellrichtung zwischen dem Steuerkolben 14 und dem Pilotkolben 5 kein Spiel besteht. Bei der elektromechanischen Antriebseinheit 13 handelt es sich um einen PRUSS Electro-Hydrostatic Actuator Drive (PEH- D) . Dieser weist einen Hub von 65 mm auf, ist aber auf einen Hub von 21 mm begrenzt. Ferner weist er eine Stellkraft von 18 kN, eine Positioniergenauigkeit von 0,1 mm und eine An ¬ sprechzeit von 0,1 Sekunde auf. Zudem ist der PRUSS Electro- Hydrostatic Actuator Drive 13 ausfallsicher ausgelegt und weist eine Fail-Safe-Funktion derart auf, dass sich der Steu ¬ erbolzen 14 der elektromechanischen Antriebseinheit 13 bei einem Spannungsabfall infolge einer entsprechenden Federvorspannung selbsttätig in eine vorbestimmte Stellung verstellt.

Zum Koppeln der elektromechanischen Antriebseinheit 13 mit dem Pilotstellantrieb 4 weist die Steuereinheit 1 eine Kupp- lungsvorrichtung 15 auf. Die Kupplungsvorrichtung 15 umfasst ein Kupplungsgehäuse, das zwischen dem Pilotstellantrieb 4 und der elektromechanischen Antriebseinheit 13 angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Ferner weist die Kupplungs ¬ vorrichtung 15 einen Kupplungsbolzen 17 auf, der an dem Pi- lotkolben 5 des Pilotstellantriebs 4 befestigt ist. Die Kupp ¬ lungsvorrichtung 15 umfasst weiterhin eine Kupplungshülse 18, an deren gegenüberliegenden freien Enden der Steuerbolzen 14 der elektromechanischen Antriebseinheit 13 und der Kupplungs ¬ bolzen 17 aufgenommen und darin mittels Pressung fixiert sind.

Ferner ist an der Unterseite des Pilotstellantriebs 4 eine nicht dargestellte Abdeckplatte vorgesehen, die den Steueran- schluss 8 des Pilotstellantriebs 4 von unten verschließt.

Im umgerüsteten Zustand weist die Steuereinheit 1 weiterhin einen Stopfen 19 auf, der anstelle des Rückmeldekolbens 11 in die Stellungsrückmeldeeinheit 10 eingesetzt ist, um die

Fluidverbindung mit dem Pilotstellantrieb 4 zu unterbrechen. Schließlich umfasst die Stellungsrückmeldeeinheit 10 einen Flanschdeckel 20, der an ihrer Oberseite angeordnet ist und sie von oben verschließt. Zum Umrüsten einer K200-130 wird zunächst die Betätigungseinheit (nicht dargestellt) von dem Pilotstellantrieb 4 gelöst. Nach dem Abmontieren der Betätigungseinheit wird das Steueröl aus dem Pilotstellantrieb 4 entfernt und der Steueranschluss 8 mit der Abdeckplatte (nicht dargestellt) verschlossen.

In einem weiteren Schritt wird zum Koppeln der elektromecha- nischen Antriebseinheit 13 mit dem Pilotstellantrieb 4 der Flanschdeckel 9 von dem Pilotstellantrieb 4 gelöst. Die Kupp- lungshülse 18 wird an dem Steuerbolzen 14 der elektromechani- schen Antriebseinheit 13 befestigt. Ferner wird der Kupp ¬ lungsbolzen 17 an dem Pilotkolben 5 des Pilotstellantriebs 4 befestigt. Anschließend wird das Kupplungsgehäuse 16 an der elektromechanischen Antriebseinheit 13 befestigt. Dann wird das Kupplungsgehäuse 16 anstelle des Flanschdeckels 9 auf den Pilotstellantrieb 4 aufgesetzt und mit diesem verschraubt. Danach werden das Kupplungsgehäuse 16 an dem Pilotstellantrieb 4 und die Kupplungshülse 18 an dem Kupplungsbolzen 17 befestigt .

Ein weiterer Verfahrensschritt betrifft das Stilllegen der Stellungsrückmeldeeinheit 10. Dazu wird die Hebelanordnung 12 von dem Hauptstellantrieb 2 und von dem Rückmeldekolben 11 der Stellungsrückmeldeeinheit 10 gelöst. Dann wird der Rück- meldekolben 11 aus der Stellungsrückmeldeeinheit 10 entfernt. Anstelle des Rückmeldekolbens 11 wird ein Stopfen 19 in die Stellungsrückmeldeeinheit 10 eingesetzt. Dann wird die Stel ¬ lungsrückmeldeeinheit 10 an ihrer Oberseite mittels des

Flanschdeckels 20 verschlossen.

Die beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die konkret die Umrüstung einer russischen Dampfturbinenanlage des Typs K200-130 unter Verwendung eines PRUSS Electro-Hydrostatic Actuator Drives. Jedoch lassen sich mit dem beschriebenen Verfahren auch andere Turbinenanlagen, beispielsweise weitere Dampfturbinenanlagen der russischen LMZ-Baureihe umrüsten. Die jeweils bereitzustellenden elekt ¬ romechanischen Antriebseinheiten und Kupplungsvorrichtungen müssen allerdings hinsichtlich ihrer Abmessungen und technischen Daten jeweils passend zu der umzurüstenden Turbinenanlage ausgewählt werden und können von dem hier beschriebenen PRUSS Electro-Hydrostatic Actuator Drive abweichen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umrüsten einer Turbinenanlage besteht darin, dass die derart umgerüstete Turbinenanlage hinsichtlich Betriebssicherheit und Frequenz ¬ stabilität die inzwischen geltenden gesetzlichen Vorgaben er- füllt, d.h. der korrespondierenden technischen Spezifikation (Grid Code) entspricht. Dies ermöglicht den Weiterbetrieb der umgerüsteten Turbinenanlage, so dass trotz strengerer gesetzlicher Vorschriften Investitionen in moderne Turbinenanlagen aufgeschoben werden können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass sich das vorgeschlagene Verfahren weitestgehend im Markt verfügbarer Komponenten bedient, so dass angesichts der innerhalb einer Flottenlösung benötigten relativ geringen Stückzahlen kostspielige Fertigungen von Kleinserien verzichtbar sind. Zudem greift das beschriebene Umrüstungsver- fahren nicht in den Kraftölkreislauf der Turbinenanlage ein. Während andere Umrüstungsverfahren Stillstandszeiten von einer Woche und darüber hinaus nach sich ziehen, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Umrüstung innerhalb von zwei Tagen, was mit einer entsprechend kürzeren Stillstandzeit der Turbinenanlage einhergeht. Zudem stellt die Fail-Safe-

Auslegung der elektromechanischen Antriebseinheit 13 ein sicheres Herunterfahren der Turbinenanlage im Falle eines

Stromausfalls, Kabelbruchs oder dergleichen sicher. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.