EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Eintritt |
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Austritt |
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Anzapfung 1 |
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Anzapfung 2 |
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Welleneintritt |
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Wellenaustritt |
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Hochdruck-Leckage Eintritt |
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Hochdruck-Leckage Austritt |
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Niederdruck-Leckage Eintritt |
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Niederdruck-Leckage Austritt |
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Logikeingang für Gütegrad |
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SCC-Gruppenverbindung Eingang |
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SCC-Gruppenverbindung Ausgang |
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Allgemeines Berechnung Berechnungsfluss Wirkungsgrad nach SCC Wirkungsgrad der Regelradstufe Turbinenteil - innerer Wirkungsgrad
Feuchtekorrektur Austrittsverluste Mechanischer Wirkungsgrad Leckageströme Literatur Vorgabewerte Kennlinien Bauteilformen BeispielBauteil 122 beschreibt eine Dampfturbinensektion (als Abschnitt wahlweise zwischen Eintritt und Austritt bzw. zwischen Abschnitten getrennt durch Entnahmen bzw. Zuführungen), die optional bei der Modellierung der Hochdruckstufe am Eintritt auch eine Regelradstufe haben kann.
Mit dem Kürzel SCC sind die Autoren folgender Publikation zusammengefasst:
Spencer, R.C., Cotton K.C. and Cannon, C.N., 1974, "A Method for Predicting the Performance of SteamTurbine-Generator, 16,500 kW and Larger”, ASME Power Division, Paper No. 62- WA-209, USA.
In dieser Arbeit entwickelten die Autoren auf Basis von Messreihen an Dampfturbinen verschiedener Konfigurationen und Baugrößen Beziehungen zum Wirkungsgrad als Funktion von fünf Größen, die den Gesamtverlust der Dampfturbine bestimmen:
Der Wirkungsgrad der Expansionslinie kann dabei für jeden Abschnitt der Turbine aus
ermittelt werden kann.
Für jede dieser Einflussgrößen wurden Diagramme und Gleichungen entwickelt, die es erlauben, die Wirkungsgrade der Regelradstufe und der HD-, MD- und ND- Stufe der Dampfturbine auf Basis weniger Parameter für den Auslegungsfall und den (off-Design-) Simulationsfall zu ermitteln.
Für die Anwendung in EBSILON ist die Einbindung dieser Methodik deshalb von großem Nutzen für den Anwender, da im Fall der Berechnung der Dampfturbine ohne Vorliegen von konkreten Herstellerdaten zum einen der Wirkungsgrad im Auslegungsfall gut abgeschätzt werden kann und da andererseits auch bei Definition der Auslegungswirkungsgrade durch den Benutzer der Teillastberechnung im Off-Design-Modus verlässliche und konsistente Datensätze zu Grunde liegen.
Dieses Bauteil enthält die Korrelationen von Spencer, Cotton und Cannon für Regelrad, Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteil einer Dampfturbine, wie sie in den Figuren 2 bis 18 in der oben genannten Publikation angeführt werden. Der Benutzer kann durch Auswahl der Konfiguration und Vorgabe der Eintritts- und Austrittsparameter der gewählten Dampfturbine die entsprechende Korrelation für die Bestimmung des Auslegungswirkungsgrads festlegen. In der Teillastrechnung wird entsprechend den Figuren die Abweichung des Wirkungsgrades zum Auslegungsfall bestimmt. Eine weitere Wirkungsgrad-Korrektur in diesem Bauteil betrifft die mittlere Ventilkennlinie (mean of valve loops correction), die den Wirkungsgrad, der in den oben genannten Figuren bei vollständig geöffneten Ventilen angenommen wird, zufolge der Drosselwirkung der teilweise geschlossenen Ventile als Funktion des relativen Durchsatzes nach unten korrigiert.
Neben den Gleichungen für den inneren Wirkungsgrad gemäß Figur 14 des SCC-Papiers enthält dieses Bauteil auch die Korrelationen für den Austrittsverlust, der durch Auswahl charakteristischer geometrischer Werte (Schaufellänge in der letzten Schaufelreihe, Teilkreisdurchmesser und Austrittsfläche) bzw. charakteristischer Geschwindigkeiten aus den Figuren 16 bis 18 der SCC Publikation bestimmt werden kann. Zusätzlich werden in diesem Bauteil die Eingabe des polytropen Wirkungsgrades und die Sperrdruckberechnung (exhaust hood chocking) integriert.
Unterschiedlich zu Bauteil 6, in dem die Turbinencharakteristik mit der Eingabe eines isentropen Wirkungsgrades und von eindimensionalen Kurven für die Teillast beschrieben wird, bietet dieses Bauteil also mehrere interne Methoden der Wirkungsgradberechnung für den Auslegungszustand und den Teillastbetrieb an. Durch die Eingabe einiger weniger Parameter ist es möglich &endash; ohne umfangreiche Datensätze &endash; eine realistische Abbildung der Turbinencharakteristik über einen weiten Lastbereich zu erhalten.
Nichtsdestotrotz ist es durch die Benutzeroberfläche weiterhin möglich auf die Standardvorgaben und Kurven zuzugreifen, um für diese in Fällen, wo ausreichend Datenmaterial zur Verfügung steht (Herstellerdaten bzw. Betriebsmessungen), Feinanpassungen vorzunehmen. Der Identifikationsmodus hilft bei der Ermittlung der entsprechenden Kenngrößen.
Die Komponentenidentifikationsmodi FIDENT = 1, 2, 3 erlauben es die notwendigen PFETA and PFFLOW zu ermitteln, um einen gewünschten Einlassdruck und/oder eine gewünschte Austrittsenhalpie zu erhalten. Es ist zu beachten, dass der Gütegrad für den Wirkungsgrad auf den trockenen Wirkungsgrad noch vor der Feuchtekorrektur angewandt wird. Für Radkammerdruck und Durchfluss gilt folgende Beziehung: Durchfluss = PFFLOW*f_stodola(Radkammerdruck, ...).
Das Bauteil arbeitet auch mit nicht-H2O Fluiden. Dies deaktiviert die SCC Methoden, welche ja auf Regressionsdaten von Wasserdampf-Turbinen basieren. Abhängig von den gewählten Stoffwerten, können auch längere Rechenzeiten auftreten.
Die Berechnung der Turbine hat zwei Aufgaben;
(1) die Bestimmung der Durchflusscharakteristik, die den Zusammenhang von Durchsatz und Eintrittsdruck beschreibt, und
(2) die Leistungsberechnung, die über die Modellierung des Wirkungsgrades die abgegebene Wellenleistung ermittelt.
Neben dem internen Expansionswirkungsgrad beeinflussen auch Eintritts- und Austrittsbauwerke den scheinbaren (wirksamen, äußeren) Gesamtwirkungsgrad, weshalb die Turbine in mehrere Abschnitte unterteilt wird:
Mit der Vorgabe von Konfigurationsparametern wird festgelegt, welche der Abschnitte in der gegenständlichen Anwendung des BT zu berücksichtigen sind.
Die Regelradstufe wird nach W. Traupel (Lit. 3) Sektion 12.2 berechnet und steht nur für die Leistungsberechnungen zur Verfügung, die nicht nach der Methode Spencer-Cotton-Cannon (SCC) stattfinden, d. h. Wirkungsgradmethode FETAD = 0, 1, 2 oder 3, im Folgenden auch "Non-SCC Modus" genannt.
siehe LiteraturIm Nicht-SCC Modus wird eine Regelradstufe mit der Einstellung FGS = 5 oder 6 aktiviert.
Mit FGS = 6 kann man ein Regelrad alleine rechnen, ohne nachfolgenden Turbinenteil. Dadurch kann man, falls erforderlich, den Hochdruckteil auf 2 nacheinander folgende Komponenten auftrennen, wobei die Erste mit FGS = 6 das Regelrad und die Zweite mit FGS = 0 den nachfolgenden Teil von der Radkammer zum Austritt modelliert.
FGS = 5 kombiniert beide Teile.
FGS = 1: Regelventil hinzugefügt. Bewirkt nur eine Druckentkopplung am Eingang (wie Bauteil 14)
FGS = 2: Regelventil + Regelrad. Die Anzahl der Ventile wird über CVSFRAC gesetzt. CVSFRAC stellt die flächenmäßige Aufteilung der einzelnen Ventilsektionen bei Teilbeaufschlagung :
Die folgenden Gleichungen gelten für die Regelradstufe. Der Radkammerdruck pr wird im Design aus GSPR (Druckverhältnis der Regelradstufe pi/pr unter der Annahme dass im Design alle Ventile voll offen sind) und im Off-Design aus dem Kegelgesetz des Turbinenteils gelöst (anstatt Gleichung 12.2(13)).
Die relative Laufzahl wird nach 12.2(10) berechnet und in 12.2.(11) benutzt.
Die Kurve für 12.2(11) (relative Schluckzahl) wurde 12.2.3 entnommen und als Kennlinie CGSMY abgelegt. Bei den Lookups wird diese Kurve so skaliert, dass diese im Designpunkt den Wert 1 hat, sie geht also durch (1|1).
Der isentrope Wirkungsgrad des Regelrades wird im Design mit GSETAI gesetzt. Im Offdesign gibt es die Charline CGSETA. Auch diese Kurve wird bei den Lookups so skaliert, dass diese im Designpunkt den Wert 1 hat, sie geht also durch (1|1)
Diese Gleichungen werden simultan gelöst.
Im Off Design muss noch bestimmt werden, wie viele Ventile voll offen sind und welches gerade angedrosselt ist (der Rest ist zu).
Zu diesem Zwecke wird die gegenwärtige Kapazität m_cap berechnet (ergibt sich aus dem aktuellen Druckverhältnis über das Regelrad mit dem Radkammerdruck pr aus dem Kegelgesetz).
Nun bildet man mfrac = m/m_cap und sieht in der charline CVSCAP nach in welchem Ventilabschnitt man sich befindet.
Da der Durchfluss mit der Fläche skaliert, kann man bestimmen, welche Ventile voll offen (VWO) sein müssen und welches gerade angedrosselt ist.
Da die Menge, die angedrosselt ist, eine andere Autrittsenhalpie hat, muss man beide Ströme noch zum Radkammerzustand vermischen.
In der Radkammer werden noch die eintrittsseitigen Leckagen (über die Wellendichtung ) hinzu- bzw. abgeführt.
Dann strömt das Ganze durch den eigentlichen Turbinenteil.
Im Design Modus muss man die Druckverluste des Hauptabsperrventils (DPMSV), der voll offenen Regelventile (DPCVVWO) sowie das Druckverhältnis der Regelradstufe (GSPR) setzen. Der Radkammerdruck errechnet sich folgendermaßen: Pb = P1*(1-DPMSV)*(1-DPCVVWO)*GSPR.
Im Off-Design gilt für GSPR eine entsprechende Stodola Beziehung. Die Berechnung der Druckverluste über die Ventile ist in der Sektion Betriebssimulation (Off-Design) der Beschreibung der Durchflusscharakteristik zu finden.
In einigen SCC Modi (FSCC = 0, 1 und 2) gibt es auch Regelradstufen, diese werden aber über die Berechnungsvorschrift (Lit. 1) berechnet. Für diese gibt es gesonderte Eingabeparameter.
Der Auslass wird mit dem Parameter FSECT konfiguriert, wobei zwischen der Konfiguration mit oder ohne Berücksichtigung der Austrittsverluste unterschieden werden kann. Des Weiteren wird mit diesem Parameter bestimmt, ob Entfeuchtung stattfindet, was für die Extraktionen an den Anschlüssen 3 und 4 zu unterschiedlichen Enthalpien gegenüber dem Dampfaustritt an Anschluss 2 führt. Die Enthalpien an den Anschlüssen 3 und 4 für die Extraktionen sind grundsätzlich gleich.
Die Durchflusscharakteristik (Eingangsdruck als Funktion des Durchflusses) wird nach der Stodola Beziehung berechnet (Lit. 3). Zu diesem Zweck wird die gleiche Formulierung verwendet, wie bereits in EBSILONProfessional vorhanden.
FP1N = 0: Der Eingangsdruck P1 wird mittels P1NSET festgelegt. Die Komponente setzt eine Gleichung für P1 am Anschluss 1 ab.
FP1N = 1: Der Eingangsdruck P1 wird von außen gesetzt.
FP1N = 2: Der Eingangsdruck P1 wird mittels Kernelexpression EP1 festgelegt. Die Komponente setzt eine Gleichung für P1 am Anschluss 1 ab. Die Standardwerte beinhalten ein Grundgerüst der Funktion.
Aus dem Eingangsdruck P1 wird über die Ventilverluste (DPMSV und DPCVVWO, bei einem Regelrad) und dem Druckverhältnis der Regelradstufe (falls konfiguriert) der Radkammerdruck berechnet.
Der Ausgangsdruck P2 wird immer von außen vorgegeben (z.B.: dem Kondensator).
Im Off-Design wird der Druck vom Ausgang zum Eingang über die Off-Design Beziehungen berechnet.
Der Off-Design Radkammerdruck wird mittels der Stodola Beziehung aus den Nominaldaten errechnet. Das gleiche gilt, falls vorhanden, für die Regalradstufe. Hier wird zusätzlich noch unterschieden zwischen den Ventilsektionen, bei denen das Regelventil voll offen ist und der Ventilsektion, bei der das Regelventil gedrosselt ist. Die Berechnung finden nach Traupel (3) Sektion 12 statt.
Die Kapazität und die Zahl der einzelnen Ventilsektionen wird im Non-SCC Modus (FETAD < 4) mittels der Kennlinie CVSCAP eingestellt. Dort ist auch erkennbar, welche Sektionen voll offen, welche Sektion gedrosselt und welche Sektionen geschlossen sind.
In die Druckberechnung der Regelradstufe nach Traupel geht auch die Kennlinie CGSMY ein, die das lastabhängige Schluckvermögen der Regelradstufe im Off-Design beschreibt. Als Lookup-Parameter dient die errechnete Laufzahl n und die Standardwerte entsprechen den Werten nach Traupel (Siehe Lit. 3).
Die Kennlinie CGSPFFLOW erlaubt es, das Durchflussverhalten an gegebene Daten genauer anzupassen
Der Druckverlust der Ventile wird über die quadratische Beziehung
Zusätzlich kann man noch einen Performance-Faktor anwenden, entweder als Skalar (PFFLOW) oder in Form einer Kennlinie (CPFFLOW). Der Schalter dafür ist FPFFLOW. Der Performance-Faktor wirkt nur auf die Stodola Beziehung und nicht auf die Ventilverluste.
Der Ausgangsdruck P2 wird immer von außen vorgegeben.
Ist die Berechnung von Austrittsverlusten aktiviert (FSECT = 1 oder 2) so wird auch eine Sperrdruckberechnung durchgeführt und diese dann als Basis für die Berechnung der Leistung und der Stodola Beziehung herangezogen.
Im Non-SCC Modus (FETAD < 3) wird die Leistung der Regelradstufe und der Turbinensektion getrennt berechnet. Der Gesamtwirkungsgrad des Turbinenteils ergibt sich aus dem inneren Wirkungsgrad abzüglich den Nasszonen- und den Austrittsverlusten.
Für die SCC-Modi (FETAD = 4) ist die Leistungsberechnung aufgrund der Berechnungsvorschriften in Design und Off-Design identisch.
Bei diesem Bauteil besteht die Möglichkeit, die Stodola-Formel in der Weise zu nutzen, dass die Drücke vorgegeben und der Dampfmassenstrom berechnet wird (FSTODOLA=1).
Da die Beziehungen zur Abschätzung des Wirkungsgrades von Dampfturbinen nach Spencer, Cotton und Cannon (Lit. 1) aus experimentellen Untersuchungen an Dampfturbinen größer 16,5 MW abgeleitet werden, sind diese grundsätzlich auch nur auf diesen Leistungsbereich anwendbar. Weiterhin gelten die Beziehungen für die Niederdruck-Sektion nur für Eintrittsdrücke größer 20 psi (1,34 bar), sodass für Dampfturbinensektionen mit Eintrittsdrücken unterhalb dieses Werts (z. B. für ND-Vorwärmerstrecken bzw. bei Fernwärmeentnahmen) die Gültigkeit dieser Methode nicht gewährleistet ist.
Je nach Konfiguration beinhalten die Berechnungsvorschriften nach SCC die Regelradstufe und den Wirkungsgrad des Turbinenteils samt Nasszonenverlusten und Austrittsverlusten. Die Berechnung unterscheidet verschiedene Konfigurationen (die gesamte Dampfturbine bei FSCC = 0 bzw. einzelne Sektionen bei FSCC > 0), für die jeweils der Gesamtwirkungsgrad mittels empirischer Beziehungen ermittelt wird:
FSCC = 0: DT ohne Zwischenüberhitzung mit zweistufigem Regelrad, inklusive Austrittsverlusten
(Non-reheat, 2-row governing stage, condensing)FSCC = 1: Hochdruckteil mit einstufigem Regelrad, exklusive Austrittsverlusten
(HP Section, 1-row governing stage, non-condensing)
FSCC = 2: Hochdruckteil mit zweistufigem Regelrad, exklusive Austrittsverlusten
(HP Section, 2-row governing stage, non-condensing)FSCC = 3: Mitteldruckteil exklusive Austrittsverlusten
(IP Section, non-condensing)FSCC = 4: Niederdruckteil inklusive Austrittsverlusten
(LP Section, condensing)FSCC = 5: Niederdruckteil mit halber Drehzahl inklusive Austrittsverlusten
(LP Section, half-speed, condensing)
Der Aufbau eines Dampfturbinenmodells unter Verwendung der SCC-Beziehungen und der ebenfalls mit Komponente 122 neu eingeführten Leckageverluste ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die einzelnen Sektionen der Dampfturbine unterscheiden sich dabei entsprechend ihrer Funktion im Parameter FSCC.
Die folgenden Eingabeparameter sind den einzelnen SCC Modi vorbehalten und werden in allen anderen Modi ignoriert.
SCCTF - Technologiefaktor, mit dem der technischen Weiterentwicklung seit der Ermittlung der Daten (1974) Rechnung getragen wird.
NVALVES - Anzahl der Regelventile der Regelradstufe (nur für FSCC = 0, 1 und 2)
GSPD - mittlerer Durchmesser der Regelradstufe (nur für FSCC = 0, 1 und 2); Der untersuchte Bereich für diesen Parameter erstreckt sich von 0,76 bis 1,17 m (30 bis 46 Inches).
Für die Auslegung im Design-Modus wird der isentrope Wirkungsgrad über den Parameter GSETAI festgelegt.
Im Off-Design wird der isentrope Wirkungsgrad aus dem Nominalwert ETAIGSN und der Kennlinie CGSETA berechnet, wobei die Standardwerte den Daten nach Traupel entsprechen. Als Lookup-Parameter dient die errechnete Laufzahl n (siehe Lit. 3).
Die Kennlinie CGSPFETA erlaubt es, den Wirkungsgrad an vorgegebene Daten genauer anzupassen
Für die Berechnungsmodi FETAD <= 3 (isentrop, polytrop, Vorgabe von H2 oder Vorgabe der Wellenleistung) wird im Design Modus über die Wirkungsgrad-Definition FSPEC angegeben, ob der angegebene Wirkungsgrad die Feuchtekorrektur und die Austrittsverluste beinhaltet (FSPEC=1) oder nicht (FSPEC=0). In anderen Worten: ist der angegebene Wirkungsgrad auf die Expansionslinie ohne Feuchtekorrektur (ELEP dry = Expansion Line End Point) oder den eigentlichen Austrittszustand (UEEP = Used Energy End Point, inklusive Feuchtekorrektur und Verlusten) bezogen.
Je nach Einstellung von (FETAD und FSPEC) muss vorwärts oder rückwärts gerechnet werden
FETAD=2: Dies ist die einzige Methode (außer dem Identifikationsmodus), die keine Gleichung für H2 absetzt. Ausgehend von der Enthalpie H2 an Port 2, wird nach herausrechnen eventueller Leckage-Strome die Enthalpie h_UEEP berechnet. Dann wird über die Berücksichtigung des Austrittsverlustes bzw. der Feuchte-Entnahme die Enthalpie h_ELEP und daraus nach Ermittlung der Feuchtekorrektur h_ELEP_dry berechnet, woraus sich der trockene Wirkungsgrad bestimmen lasst. Dieser Prozess muss iterativ durchgeführt werden, da die Berechnungen vom jeweiligen Zustand stromaufwärts abhängen.
FETAD=0/1, FSPEC=1: hier wird mit dem angegebenen Wirkungsgrad direkt die Enthalpie h_UEEP berechnet und H2 unter Berücksichtigung von Leckage-Strömen. Dann wird genauso verfahren, wie bei FETA=2.
FETAD=0/1, FSPEC=0: dies ist eine reine Vorwärtsrechnung. Aus dem inneren trockenen Wirkungsgrad wird h_ELEP_dry berechnet, mittels der Feuchtekorrektur h_ELEP, daraus über die Austrittsverluste oder Feuchteentnahme h_UEEP und danach H2 unter Berücksichtigung von Leckage-Strömen.
Bei FETA=0/1 muss der Wirkungsgrad angegeben werden. In welcher Form der Wirkungsgrad angegeben wird, wird über die Wirkungsgrad-Eingabemethode FSETA gesteuert:
FSETA=0: Der Wirkungsgrad wird über den Parameter ETAN angegeben
FSETA=1: Der Wirkungsgrad wird mittels Kernelexpression EETA berechnet. Zur Verfügung stehen dort als lokale Parameter M1M1N, P1P1N, P1P2P1NP2N, VM1VM1N und TFR. Die Standardwerte beinhalten ein Grundgerüst der Funktion.
Die Berechnung im Non-SCC Modus (FETAD <= 3) wird mittels der OFF-Design Wirkungsgradmethode FETAOD gesteuert. Es gibt die Möglichkeit, die Nominalwerte für den isentropen und polytropen Wirkungsgrad, mit oder ohne Korrekturkurven zu verwenden oder aber auch diesen wie im Design mittels Kernelexpression EETA zu berechnen (siehe dort).
Die Feuchtekorrektur wird nur auf jenen Teil der Expansionslinie angewendet, der sich im Nassdampfgebiet befindet. Zu diesem Zweck muss der Taupunkt der Expansionslinie bestimmt werden. Dabei geht das Modell von der Annahme aus, dass sich die Expansionslinie entlang einer Polytropen bewegt, welche der Definition nach Stodola definiert ist:
Der isentrope Wirkungsgrad der Expansionslinie im Nassdampfgebiet wird mit dem ermittelten Korrekturfaktor multipliziert, welcher folgendermaßen ermittelt wird:
Die Berechnung der Austrittsverluste ist grundsätzlich bei Dampfturbinenendstufen vorzusehen, um die verlustbehafteten Vorgänge beim Ausströmen aus der letzten Schaufelreihe korrekt abzubilden. Für Hochdruck- und Mitteldrucksektionen ist die Expansionslinie ohne Korrektur (FSECT = 0) einzustellen.
Der Zustand am Ende der Expansionslinie (errechnet über Austrittsdruck und inneren Wirkungsgrad) gilt sowohl am Dampfaustritt als auch an den Extraktionen an den Anschlüssen 3 und 4.
Die Austrittsverluste werden berechnet, wenn der Eingabeparameter FSECT auf 1 oder 2 gesetzt ist. Dies aktiviert auch die Sperrdruckberechnung.
Für die Berechnung der Austrittsverluste muss auch der Austrittsquerschnitt angegeben werden. Dies erfolgt im Design über die Anzahl der Fluten (zur Angabe der Mehrflutigkeit) und entweder der Austrittsquerschnittsfläche pro Flut oder der Austrittsgeschwindigkeit pro Flut. Über diese Angaben wird der Nominalwert des Austrittsquerschnitts ermittelt.
Wie der Austrittsverlust angegeben ist, wird über die Austrittsverlustmethode Parameter FDHEXHA bestimmt:
Im Modus Austrittsverluste ohne Feuchtekorrektur (FSECT = 1) wird dieser Wert direkt übernommen als Austrittsverlust: DHEXH = DHEXHA
Im Modus Austrittsverluste mit Feuchtekorrektur (FSECT = 2) wird dieser Wert interpretiert als trockener isentroper Verlust und wird noch multipliziert mit dem trockenen Isentropen Wirkungsgrad und der mit FMOISL gewählten Feuchtekorrektur als Funktion der Feuchte am Ende der Expansion: DHEXH = DHEXHA* ETAIDRY*CF(FMOISL).
Die Austrittsverlustkurven der SCC Methode sind im Bauteil 122 als Standardwerte hinterlegt. Sie können die entsprechende Kurve im Reiter 'Allgemeines' mit dem Befehl 'Standardwerte laden...' selektieren. Wie in der unten stehenden Abbildung zu sehen kann man aus einer Liste von Kurven auswählen, die für den Parameter Schaufellänge in der letzten Turbinenstufe (Last Stage Blade Length LSB) im Größenbereich von 14,3 bis 52 inch (366 bis 1320 mm) zur Verfügung stehen. Die Auswahl einer bestimmten Kurve belegt die Parameter FETAD, FSECT, FAEXH, AEXH, und FDHEXHA sowie die Kennlinie CDHEXH mit den entsprechenden Werten, die die Leistungscharakteristik der SCC Publikation wiedergeben.
Mit dem Befehl 'Benutzerdefinierte Standardwerte speichern...' kann man im selben Menüpunkt auch eigene Kennlinien hinzufügen. Nach dem Speichern wird der Name des selbst erzeugten Satzes in der Dropdown-Liste angezeigt.
Die Entnahmeenthalpien H3 und H4 sind um DHEXTR höher als h_ELEP. Der Massenstrom wird von außen gesetzt und h_UEEP ergibt sich aus der Energiebilanz.
Bei der Entfeuchtung wird vor allem Flüssigphase abgeschieden. Die Menge an Flüssigkeit ergibt sich aus dem Entfeuchtungswirkungsgrad. Der Parameter FEFFMOISR bestimmt, wie dieser eingegeben wird.
In einem weiteren Schritt wird noch der Dampfgehalt bzw. die Entnahmemenge berechnet. Dies wird mit dem Parameter FM34 gesteuert.
Danach wird h_UEEP aus der Energie- und Massenbilanz bestimmt.
Die Wellenleistung (in Formeln mit SHAFT_POWER bezeichnet) wird mit einem mechanischen Wirkungsgrad (als Faktor ETAMN und / oder-, konstanter Wert QLOSSM) korrigiert, woraus sich die abgegebene Leistung DQ65 folgendermaßen berechnet:
DQ65 = SHAFT_POWER * ETAMN - QLOSSM
Die Modellvorstellung geht davon aus, dass die Leckageströme durch die Welle bedingt sind. Deshalb kann es auf der Eingangs- und auf der Ausgangsseite jeweils nur einen Massenstrom geben, obwohl auf der Hochdruck- wie auf der Niederdruckseite jeweils ein Eintritt und ein Austritt zur Verfügung stehen. Auch wenn alle Leckageports angeschlossen sind, können nur 2 Leckageströme >0 sein.
Die Leckageports geben immer den Druck vor und erwarten einen Massenstrom. Das bedeutet, dass der Massenstrom immer von außen vorgegeben wird (z. B. durch Komponente 123 "Wellendichtung")
Die Leckageströme am Eingang kommen von bzw. gehen in die Radkammer.
Die austretenden Leckageströme am Ausgang haben denselben Zustand wie der Used Energy End Point (UEEP), d. h. nach Austrittsverlusten, bzw. nach der Entwässerung.
Die am Ausgang des Turbinenteils eintretenden Leckageströme vermischen sich mit dem Zustand des Hauptdampfes nach Entspannung und Verlusten (UEEP) und ergeben gemäß ihrem Mengenverhältnis H2 und M2.
Die von Spencer/Cotton/Cannon angegebenen Abschätzungen für den Dampfturbinen-Wirkungsgrad gelten streng genommen nur für vollständige Sektionen (entweder Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck-Stufe).
Die Anwendung auf einzelne Scheiben, wie sie in Ebsilon vorgenommen wurden, liegt häufig außerhalb des Gültigkeitsbereichs der SCC-Formeln. Es wird auch in einer Fehlermeldung darauf hingewiesen.
Um auch bei einer Modellierung von Einzelscheiben das SCC-Verfahren korrekt nutzen zu können, wurde die Möglichkeit geschaffen, die Turbinenscheiben zu Gruppen zusammenzufassen, auf die dann als Gesamtheit die SCC-Methode angewandt wird. Hierzu sind die zusammengehörigen Turbinenscheiben über die Logikanschlüsse 12 und 13 zu verbinden.
Über diese Logikleitungen werden dann die benötigten Informationen ausgetauscht, um die SCC-Berechnung für die gesamte Gruppe durchzuführen.
Literatur
(1) Spencer R.C., Cotton K.C., Cannon C., "A Method for Predicting the Performance of Steam Turbine Generators. 16.5 MW and Larger.” ASME Paper 62-WA-209, Annual Winter Meeting, New York, N.Y., 1962.
(2) Cotton K.C., "Evaluating and Improving Steam Turbine Performance” , Cotton Fact Inc., 2nd Edition 1998
(3) Walter Traupel, ”Thermische Turbomaschinen”, Band 1/2, Kapitel 10, Springer Verlag, 4. Auflage
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FMODE |
Schalter für Berechnungsmodus (Auslegung / Teillast) =0: GLOBAL |
| Identifikation und Validierung (Off-Design) | |
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FIDENT |
Schalter für Komponentenidentifikation =0: Aus =12: Identifiziere Power Factor Radkammerdruck (Feedback auf Port 11 M) =13: Identifiziere Wirkungsgrad und Radkammerdruck (Feedback auf Port 11 H,M) Intern wird eine Teillastrechnung durchgeführt, mit diesen Ergebnissen: |
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FETAN |
Schalter für Off_Design : Nominaler trockener Wirkungsgrad (für Validierung) =0: Aus (inneren nominalen Wirkungsgrad ETAN verwenden) |
| Druck-und Fluss-Einstellungen | |
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FP1N |
Schalter für Art der Eintritts- Druckvorgabe =0: P1N=P1NSET (Auslegung), in Teillast aus Stodola-Gesetz |
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P1NSET |
Eintrittsdruck (nominal) |
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FP1OD |
Schalter für die Off-Design Eintrittsdruckberechnung =0: Verwende Stodola Druck-Durchfluss Beziehung |
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EP1 |
Ausdruck / Script für Eintrittsdruck function evalexpr:REAL; |
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FPRCRIT |
Schalter für die Berechnung des kritischen Druckverhältnisses =0: Abschätzen aus der Stufenzahl des Axialteiles |
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NSTAGES |
Stufenzahl des Axialteils (zum Abschätzen von PRCRIT) |
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PRCRIT |
Kritisches Druckverhältnis |
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EPRCRIT |
Ausdruck für das Kritische Druckverhältnis |
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FSTODOLA |
Off-Design Stodola-Modus =0: Druck aus Fluss berechnen |
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NFENDS |
Anzahl der Fluten |
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FSTODTOL |
Stodola-Abweichungstoleranz in Teillast =0: Fehlermeldung immer absetzen |
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STODTOL |
Druckabweichungstoleranz |
| Turbineneintrittssektion | |
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DPMSV |
Relativer Druckverlust am vollständig geöffneten Hauptabsperrventil (Auslegung, non-SCC) |
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FGS |
Schalter für die Konfiguration der Eintrittssektion Hinweis: Allgemein kann das Dampfturbinenmodell aus folgenden Komponenten bestehen:
=5: Regelrad mit CVSCAP Ventilsteuerung =6: Nur Regelstufe, CVSCAP-Ventil-Schema verwendet (keine axiale Section) =1: ein Regelventil, ohne Regelradstufe - bewirkt nur eine Druckentkopplung am Eingang (wie Bauteil 14) =2: Regelventil und Regelrad. Die Anzahl der Ventile wird über CVSFRAC gesetzt. CVSFRAC stellt die flächenmäßige Aufteilung der einzelnen Ventilsektionen bei Teilbeaufschlagung (siehe Mantis832_1.jpg) =3: Veraltet: Mehrere Regelventile (CVSCAP Flächen-basiert) mit Regelradstufe =4: Veraltet: Off-Design: Regelventile ganz geöffnet mit Regelradstufe Hinweis: Kennlinie CVSCAP: Regelradstufe Ventilpunkte |
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FGSOD |
Eintritts-Sektion Off-Design Betriebsmodus =0: Dampfturbine regelt Ventilstellung (Standardverhalten) |
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FGSODNY |
Drehzahlverhältnis-Definition =0: relatives Druckverhältnis |
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FGSNOZZLETYPE |
Regelradstufe Düsentyp =0: Einfache Düse |
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DPCVVWO |
Relativer Druckverlust am vollständig geöffneten Regelventil (Auslegung, non-SCC) |
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GSPR |
Druckverhältnis der Regelradstufe (Auslegung, non-SCC); GSPR=1 (deaktiviert) |
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GSETAI |
Isentroper Wirkungsgrad der Regelradstufe |
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ODVPNT |
Regelrad Off-Design Ventil-Punkt ((Ventilpunkt von 0 bis 1 für geschlossen bis weit geöffnet) |
| Turbinen-Hauptsektions-Wirkungsgrad | |
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FETAD |
Schalter zur Spezifizierung der Design Wirkungsgrad-Methode =-1: Bypass Dampfturbine |
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FSCC |
Schalter zur Spezifizierung der SCC-Methode =0: Kondensations-Dampfturbine ohne Zwischenüberhitzung, mit zweireihiger Regelradstufe, (NVALVES ist relevant) |
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FSPEC |
Schalter für Wirkungsgraddefinition =0: Endpunkt Expansionslinie (ELEP)=1: Endpunkt der Energienutzung (inklusive Feuchtekorrektur und Verlusten) (UEEP) |
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FETAOD |
Schalter für OFF-Design Wirkungsgrad - Methode für den Wirkungsgrad (trocken) =0: ETAIDRY = ETAIN |
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FSETA |
Schalter für Wirkungsgrad-Eingabedefinition (bei FETAD = 0 oder 1) =0: Verwendung von ETAN |
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ETAN |
Eingabe Wirkungsgrad |
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EETA |
Kernelexpression (Eingabe Anpassungsfunktion) für Wirkungsgrad function evalexpr:REAL; var val:real; begin internals := keGetInternals(); { for i := 0 to n-1 do if (n > 0) then M1M1N:=internals[0].value; // TODO: calculate eta and set val to it // println( "Return Value: ", val ); |
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FETA |
Schalter zur Spezifizierung der Wirkungsgrad-Methode =-2: Verwende FETAD (Default) |
| SCC - bezogene Einstellungen | |
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SCCTF |
SCC Technologiefaktor, um technischen Fortschritten Rechnung zu tragen (Wert von 1,01 stellt die Effizienzverbesserung um 1% dar, beispielsweise 90% -> 90,9%)> |
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NVALVES |
Anzahl der Regelventile (SCC) (für FSCC = 0,1 und 2 nur) |
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GSPD |
Teilkreisdurchmesser der Regelradstufe (SCC) (nur für FSCC = 0, 1 und 2); der untersuchte Bereich erstreckt sich über 30 bis 46 Inch |
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FMOISL |
Schalter Feuchteverlust-Methode =0: Spencer Cotton Cannon (SCC) |
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BFMOISL |
Baumann-Korrekturfaktor |
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EMOISL |
Ausdruck für Feuchteverlust (eta feucht/ eta trocken) function evalexpr:REAL; var val:real; begin val := 1; { for i := 0 to n-1 do if (n > 0) then averageMoistureFraction:=internals[0].value; if (averageMoistureFraction > 0 and averageMoistureFraction <= 0.09) then // Interpolate // println( "Return Value: ", val ); |
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Turbinenaustrittssektion |
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FSECT |
Schalter für Berechnung Hauptdampfaustritt (Enthalpieberechnung H2)) = 0: Verwendung der Expansionslinie End Point (H2, H3, H4 =HELEP) |
| Abdampfverlust | |
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FAEXH |
Schalter Auslegungsmodus für Austrittsquerschnitt =0: Geschwindigkeit |
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CFAEXH |
Korrekturfaktor - Austrittsfläche für Drosselung letzte Stufe (S ABlade = CFAEXH*AEXH) |
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AEXH |
Austrittsringfläche pro Flut |
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VEXH |
Austrittsring -Geschwindigkeit in jeder Flut |
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FDHEXHA |
Schalter Austrittsverlust-Methode =0: Vorgabewerte |
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DHEXHA |
Eingabewert Austrittsverlust |
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EDHEXHA |
Kernelexpression für Austrittsverlust function evalexpr:REAL; |
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DHEXTR |
Enthalpiedifferenz Anzapfung-ELEP |
| Feuchtehandhabung | |
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FEFFMOISR |
Schalter für Entfeuchtungsmodus =0: Vorgabewert (EFFMOISR) |
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EFFMOISR |
Eingabewert für Entfeuchtungseffektivität (wenn FEFFMOISR = 0) |
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EEFFMOISR |
Kernelexpression für Entfeuchtungseffektivität (wenn FEFFMOISR = 2) function evalexpr:REAL; var val:real; begin internals := keGetInternals(); { for i := 0 to n-1 do if (n > 0) then StageShellPressure:=internals[0].value; x:=0.0689475729316836 / StageShellPressure; // println( "Return Value: ", val ); |
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FM34 |
Schalter für Vorgabe Anzapfstrom =0: intern gegeben mit X34 |
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X34 |
Anzapfstrom - Dampfgehalt |
| Mechanischer Wirkungsgrad | |
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ETAMN |
Mechanischer Wirkungsgrad (nominal) |
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QLOSSM |
Mechanischer Verlust (konstanter Anteil) |
| Teillast - Gütegrad | |
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FPFETA |
Schalter für Teillast-Gütegrad bezogen auf den Wirkungsgrad in Teillast =0: Vorgabewert PFET |
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PFETA |
Teillast-Gütegrad für den Wirkungsgrad in Teillast |
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EPFETA |
Ausdruck für den Teillast-Gütegrad für den Wirkungsgrad in Teillast |
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FPFFLOW |
Schalter für Teillast-Gütegrad bezogen auf den Durchfluss in Teillast =0: Vorgabewert PFFLOW |
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PFFLOW |
Teillast-Gütegrad für den Durchfluss in Teillast |
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EPFFLOW |
Ausdruck für den Teillast-Gütegrad für den Durchfluss in Teillast |
| Grenzen | |
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T1MAX |
Maximale Eintrittstemperatur |
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X2MIN |
Warngrenze - minimaler Dampfgehalt am Austritt |
| Nominalwerte aus Auslegungsrechnung | |
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P1N |
Nominaler Eintrittsdruck |
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PBN |
Nominaler Radkammerdruck |
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P2N |
Nominaler Austrittsdruck |
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H1N |
Nominale Eintrittsenthalpie |
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HBN |
Nominale Radkammerenthalpie |
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M1N |
Nominaler Eintrittsmassenstrom (VWO Drosselstrom) |
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MBN |
Nominaler Radkammermassenstrom |
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ETAIGSN |
Nominaler isentroper Wirkungsgrad am Regelrad |
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ETAIN |
Nominaler isentroper Wirkungsgrad (ELEP) |
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ETAPN |
Nominaler polytroper Wirkungsgrad (ELEP) |
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NAEXH |
Nominale Strömungsfläche Abdampfring pro Flut |
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NDELTASCC |
Nominaler SCC-Delta-Wirkungsgrad (FETAOD=12) |
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NAEN |
Nominale effective Düsenquerschnittsfläche |
Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für den Teillastmodus. Diese Werte werden in den jeweiligen Gleichungen als Ist-Teillastwerte verwendet. Handelt es sich bei diesen Identifikationswerten um Strömungsdaten, stammen diese Werte oft von angeschlossenen Leitungen oder berechneten Werten.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
Wirkungsgradkorrektur
Austrittsverlust (dry)
Feuchteverlust
CMOISL (X: [-] ; Durchschnittlicher Feuchtegehalt; Y: [-] ; Wirkungsgradkorrektur)
Entnässungswirkungsgrad
CEFFMOISR (X: [bar] ; Austrittsdruck, Y: [-] ; Wirkungsgrad)
Regelradstufe
Off Design Gütegradfaktor (Turbinenteil)
Off Design Gütegradfaktor(Regelstufe)
Die Anschlüsse und Ansichten sind grundsätzlich identisch mit jenen der Komponente 6. Zur Berücksichtigung von Leckageströmen sind zusätzlich Ein- und Austrittsports vorgesehen.
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Bauteilform 1 |
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Bauteilform 2 |
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Bauteilform 3 |
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Bauteilform 4 |
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Bauteilform 5 |
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Bauteilform 6 |
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Bauteilform 7 |
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Bauteilform 8 |
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Bauteilform 9 |
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Bauteilform 10 |
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Bauteilform 11 |
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Bauteilform 12 |
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Bauteilform 13 |
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Bauteilform 14 |
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Bauteilform 15 |
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Bauteilform 16 |
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