Bauteil 56: Dampfturbine (erweitert)

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Bauteil 56: Dampfturbine (erweitert)

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Eintritt
2	Austritt
3	Entspannung 1
4	Entspannung 2
5	Welleneintritt
6	Welleneintritt
7	Austritt für Regler Informationsausgang für Austrittsdruck (P2) oder Summe des abgehenden Massenstroms
8	Eintritt für gemessenen Druck an Anschluss 1
9	Eintritt für gemessene Enthalpie an Anschluss 1

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Bauteil 56 modelliert eine Turbinenstufe, einen Satz von Stufen, oder einen Abschnitt: Z.B. vom Eintritt bis zur ersten Entspannung oder von Entspannung i bis zu Entspannung i+1, oder von der letzten Entspannung bis zum Austritt. Die Entspannung ist in diesem Fall unabhängig davon, ob Dampf entnommen wird oder nicht.

Die Turbine wird durch den Druck am Eintritt und den Wirkungsgrad bestimmt. In den meisten Fällen wird der Druck am Austritt durch den Druck am Eintritt der folgenden Turbinenstufe festgelegt. Bei der letzten Turbinenstufe muss der Druck am Austritt mittels Bauteil 33 vorgegeben werden.

Wenn der Abdampf für die letzte Turbinenstufe nicht durch Anschluss 2 geführt wird, z.B. zur Kondensation in den Kondensator, sondern durch einen der zwei Entspannungsanschlüsse, muss Anschluss 2 mit einem Blindanschluss versehen werden und der Massenstrom muss mittels Bauteil 33 (Startwert) mit 0 vorgegeben werden.

Die bis hierhin beschriebenen Eigenschaften unterscheiden sich nicht von den Eigenschaften des Bauteils 6 (Dampfturbine Typ 1).

Die Durchflusscharakteristik (Eintrittsdruck als Funktion des Massenstroms) wird mit Hilfe des Kegelgesetzes von Stodola bestimmt.

P1-Berechnung in Teillast

In Teillast berechnet Bauteil 56 den Eintrittsdruck P1 als Funktion des Massenstroms, Austrittsdrucks und dessen spezifischen Volumens aus dem Stodola-Gesetz:

Siehe dazu und auch zur Formulierung des Stodola-Gesetzes : Turbinen - Teillast Berechnung - Stodola

Im Kapitel "Teillast Berechnung der Dampfturbine" bezeichnen M1N, P1N, P2N und V1N die Nominalwerte im Auslegungsfall bzw. M1, P1, P2 und V1 die entsprechenden Größen unter den augenblicklichen Bedingungen. Wie im Auslegungsfall ist auch hier der Austrittsdruck P2 immer durch externe Komponenten bestimmt.

Siehe dazu auch: Bauteil 6: Dampfturbine / Allgemeine Expansionsturbine

Schalter FSPECQ für Vorgabe von Leistung oder Massenstrom

Wie bei der einfachen Dampfturbine (Bauteil 6) gibt es jetzt auch bei diesem Bauteil einen Schalter FSPECQ, mit dem eingestellt werden kann, ob die Wellenleistung aus dem Massenstrom (FSPECQ=0, Standard) oder der Massenstrom aus der Wellenleistung (FSPECQ=1) berechnet werden soll.

Mit dem Modus FSPECQ=1 kann eine Speisewasserpumpenantriebsturbine modelliert werden, bei der sich die Wellenleistung durch die benötigte Pumpenleistung ergibt.

Die Berechnung des Massenstroms ist allerdings für das Konvergenzverhalten äußerst ungünstig und sollte deshalb nur verwendet werden, wenn es nötig ist. Insbesondere ist die Verwendung bei Hintereinanderschaltung mehrerer Turbinenscheiben nicht möglich.

Es gibt allerdings einige zusätzliche, wesentliche Eigenschaften, die weitere Anwendungsbereiche eröffnen:

Austrittsverluste durch Vorgabe einer Kennlinie.
Kolbenverluste durch Vorgabe einer Kennlinie.
Optionale Verwendung von Kennlinien in relativer oder absoluter Darstellung.
Korrektur des Wirkungsgrads, wenn Dampfnässe vorliegt, mithilfe des Baumann-Faktor. Möglichkeit einer zusätzlichen manuellen Korrektur mittels eines Gewichtungsfaktors.
Berücksichtigung der Schluckfähigkeit für die letzte Stufe durch Vorgabe eines maximalen Volumenstroms am Austritt. Wenn die Grenzkapazität überschritten wird, wird der der Schluckfähigkeit zugehörige Austrittsdruck festgehalten. Dieser Druck liegt an einen Logikanschluss und kann so für Regelaufgaben verwendet werden.
Geregelte Dampfentspannung, wenn mehr Dampf abgezogen wird als der Turbine zugeführt wird. Die Summe aller Dampfentnahmen liegt auf einem Logikanschluss und kann so auch für Regelaufgaben verwendet werden.

Vorgabewerte

FMODE	Berechnungsmodus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Auslegung =1: Lokale Teillast =-1:Lokale Auslegung
FP1N	Eintrittsdruck Vorgabeart Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: P1=P1NSET =1: P1 von außen gegeben
P1NSET	Eintrittsdruckvorgabe (nominal)
FDHLO	Bestimmung der Austrittsverluste (nur für FABB=1) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Verlust als Vorgabewert DHLON =1: Verlust aus absoluter DHLON-Kennlinie
DHLON	Austrittsverluste (nominal) werden als Geschwindigkeitsverlust vorgegeben [Anwendung siehe Beispiel]
QLPN	Kolbenverluste (nominal) Hinweise siehe weiter unten
FQLMRN	Schalter für Kennzeichnung mechanischer Verluste Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: absolut: mechanischer Verlust QLMN=QLMRN =2: relativ: mechanischer Verlust QLMN=QLMRN * MULQ*Q5
QLMRN	Mechanische Verluste (nominal) infolge der Vorgabe von FQLMRN
FSPECQ	Vorgabe von Leistung oder Massenstrom Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Massenstrom von außen gegeben, Leistung berechnet =1: Leistung von außen gegeben, Massenstrom berechnet
ETAIN	isentroper Wirkungsgrad (nominal) [Hinweise siehe weiter unten]
MULQ	Leistungsfaktor (Gütegrad)
FBAU	Wirkungsgradkorrektur für Dampfnässe Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Faktor=1.0 =1: Baumann Faktor wird berechnet
BFAC	Baumann-Korrekturfaktor Faktor zur manuellen Beeinflussung des vorgegebenen oder berechneten Baumann-Faktors Für BFAC=0 hat weder der gesetzte noch der berechnete Baumann-Faktor einen Einfluss auf den Wirkungsgrad. [Anwendung für FBAU s. weiter unten].
P1MIN	Minimaler Druck von P1 der in Teillast nicht unterschritten werden darf.
FPX	Stop Druckberechnung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Keine Berechnung des Turbinen-Stoppdrucks =1: Berechnung des Turbinen-Stoppdrucks Wenn der Volumenstrom am Austritt größer ist als der maximale Volumenstrom VMX, dann wird in der Turbine auf den Druck entspannt, der den maximalen Volumenstrom ergibt.
FSC1	Wellenanschluss Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Auf HD-Seite Welleneintritt =1: Auf HD-Seite ´Wellenaustritt
FABB	Multifunktionsvariable (Anwendung siehe weiter unten) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: normalisierte Kennlinie (eta und Austrittsverlust) =1: Absolute Kennlinie (eta und Austrittsverlust)
FETA	Bestimmung des Teillastwirkungsgrads (nur für FABB=0) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Eta für Teillast f1(M1/M1N) =1: Eta für Teillast f1(P1/P2)/(P1N/P2N) =2: Eta für Teillast f1(VM1/VM1N) =-1: Leistungsvorgabe (Q6) =-2: Enthalpie-Vorgabe (H2)
RVMX2	Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck Bezogener Schluckvolumenstrom (nur für FABB=0 verwendet) [Anwendung siehe weiter unten]
FETAIN	Auslegung eta (nur für FABB=1) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: von ETAIN =1: aus absoluter Kennlinie eta ETAIN = f1 (VM1)
FETAI	Bestimmung des Teillastwirkungsgrads (nur für FABB=1) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: infolge Vorgabe von FETAIN =1: aus absoluter Kennlinie 4, ETAI = f4 ((P1/P2)/(P1N/P2N)) =-1: Leistungsvorgabe (Q6) =-2: Enthalpie-Vorgabe (H2)
FADAPT	Schalter zur Berücksichtigung eines Anpassungspolynoms ADAPT / Anpassungsfunktion EADAPT Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: nicht verwendet und nicht ausgewertet =1: Korrektur [ETAI = ETAIN * Kennlinienfaktor Polynom] =2: Ersatz [ETAI = ETAIN Polynom] =1000: nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit) = -1: Korrektur [ETAI = ETAIN * Kennlinienfaktor Anpassungsfunktion] = -2: Ersatz [ETAI = ETAIN Anpassungsfunktion] = -1000: nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion
P2N	Austrittsdruck (nominal)
T1N	Eintrittstemperatur (nominal)
M1N	Massenstrom am Eintritt (nominal)
VM1N	Volumenstrom am Eintritt (nominal)
VM2N	Volumenstrom am Austritt (nominal)
VMX	Stop Volumenstrom (FABB=1)

Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.

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

Es folgt eine zusammenfassende Tabelle der Bedeutungen einiger Schlüsselgrößen in Abhängigkeit von der Auswahl für FABB.

FABB=0

FABB=1

ETAIN

Im Auslegungsfall gilt der Spezifikationswert ETAIN als Nennwert.

Im Teillastfall liefert Kennlinie 1 relative Werte. Diese kann mit drei verschiedenen Vorgabewerten gewählt werden. Auswahlindex ist FETA.

FETA=0 : ETAI/ETAIN = f1 (M1/M1N)
FETA=1 : ETAI/ETAIN = f1 ((P1/P2)/(P1N/P2N))
FETA=2 : ETAI/ETAIN = f1 (VM1/VM1N)

ETAIN

Im Auslegungsfall gilt entweder der Spezifikationswert ETAIN als Nennwert oder der Nennwert wird aus Kennlinie 1 bestimmt. Auswahlindex ist FETAIN.
Kennlinie 1 absolut.
FETAIN=0 : ETAIN = ETAIN wie vorgegeben
FETAIN=1 : ETAIN = f1 (VM1)

Im Teillastfall wird entweder der Wert ETAIN, der für die Auslegung bestimmt worden ist, für Teillast ETAI verwendet, oder er wird aus Kennlinie 4 bestimmt. Wahlindex ist FETAI. Kennlinie 4 liefert absolute Werte.

FETAI=0 : ETAI = ETAIN
FETAI=1 : ETAI/ETAIN = f4 ((P1/P2)/(P1N/P2N))

DHLON

Im Auslegungsfall gilt der Spezifikationswert DHLON als Nennwert.

Im Teillastfall liefert Kennlinie 2 relativ Werte.
DHLO/DHLON = (VM2/VM2N)**2 * f2 (VM2/VM2N)

DHLON

Im Auslegungsfall gilt entweder der Vorgabewert DHLON als Nennwert oder der Nennwert wird aus Kennlinie 2 bestimmt. Auswahlindex ist FDHLO. Kennlinie 2 gilt absolut.
FDHLO=0 : DHLON = DHLON wie vorgegeben

FDHLO=1 : DHLON = f2 (VM2)

Im Teillastfall gilt entweder der Wert DHLON, der in der Auslegung bestimmt worden ist, für Teillast DHLO oder er wird aus Kennlinie 2 bestimmt. Wahlindex ist FDHLO. Kennlinie 2 liefert absolute Werte.

FDHLO=0 : DHLO = DHLON

FDHLO=1 : DHLO = f2 (VM2)

QLPN

Im Auslegungsfall gilt der Spezifikationswert QLPN als Nennwert.

Im Teillastfall gilt Kennlinie 3 relativ.
LP/QLPN = f3 (P1/P1N)

QLPN

Im Auslegungsfall gilt der Vorgabewert QLPN als Nennwert.

Im Teillastfall gilt Kennlinie 3 relativ.
QLP/QLPN = f3 (P1/P1N)

QLMRN

wenn FQLMRN=absolut, dann QLM=QLMN=QLMRN
wenn FQLMRN=relativ, dann QLM=QLMN=QN*QLMRN

QLMRN

wenn FQLMRN=absolut, dann QLMN=QLMRN
wenn FQLMRN=relativ, dann QLMN=QN*QLMRN

VMX2

nicht verwendet

VMX2

VM2MAX=VMX wird als Schluckvolumen verwendet(nicht RVMX2).

RVMX2

VM2MAX=RVMX2*VM2N wird als Schluckvolumen verwendet (nicht VMX)

RVMX2

nicht verwendet

Kennlinien

ETAI/ETAIN = f1 (M1/M1N) für FETA=0

ETAI/ETAIN = f1 ((P1/P2)/(P1N/P2N)) ) für FETA=1

ETAI/ETAIN = f1 (VM1/VM1N) ) für FETA=2

DHLO/DHLON = (VM2/VM2N)**2 * f2 (VM2/VM2N)

QLP/QLPN = f3 (P1/P1N)

ETAI/ETAIN = f4 ((P1/P2)/(P1N/P2N))

Verwendete Physik

Gleichungen

Alle Betriebsfälle

P1 Berechnung

{

für Auslegung (globalisiert und FMODE=design), dann {

P1 = P1N }

Für Teillast (GLOBAL=Teillast oder FMODE=Teillast)

{ P1 wird mit dem Dampfkegelgesetz nach STODOLA gerechnet)

Siehe dazu : Teillast Berechnung der Turbine

wenn P1 < P1MIN, dann { P1 = P1MIN }

Berechnung des isentropen Gefälles DHS

Berechnung der Sättigungstemperatur T1S

Berechnung der Sättigungstemperatur T2S

{

siehe: TURB_DHS

T1 = f(P1,H1)

T1S = fsat(P1) Sättigungstemperatur

wenn T1 > T1S, dann { S1 = f(P1,T1) }

sonst{ S1 = f(P1,H1) }

S2S = S1 isentrope Entspannung

TX2S= f(S2S,TX2O) (mit TX2O als alter Wert von TX2S)

TX2O= TX2S

T2S = fsat(P2)

wennTX2S > T2S ---> H2S = f(P2,TX2S)

sonst H2S = f(P2,S2S )

DHS = H1-H2S

}

Berechnung des Dampfgehalts X1

Berechnung des spezifischen Volumens V1

Berechnung des Volumenstroms VM1

s. Volumenstrom

{

wenn T1 > T1S dann { X1 = 1.0D0 }

sonst { X1 = f(P1,H1) }

wenn X1=0 or X1=1, dann { V1 = f(P1,T1) }

sonst {V1 = X1*f"(P1)+(1-X1)*f'(P1) }

VM1 = M1*V1

}

Berechnung des isentropen Wirkungsgrads aus den Kennlinien

1 oder 4 mit SPEZ PRESET ETAIN

berechneter Wert ETAI

siehe: DTUR_KENNL

{

wenn FABB=0, dann {

für Auslegungsfall dann { ETAI=ETAIN }

sonst {

für FETA=0 dann ETAI/ETAIN=f1(M1/M1N)

für FETA=1 dann ETAI/ETAIN=f1(P1/P2)/(P1N/P2N)

für FETA=2 dann ETAI/ETAIN=f1(VM1/VM1N)

}

wenn FABB=1 dann {

für Auslegungsfall dann {

für FETAIN=0 dann ETAI=ETAIN

für FETAIN=1 dann ETAI=f1(VM1)

}

sonst {

für FETAI=0 dann ETAI=ETAIN

bei FETAI=1 dann ETAI=f4((P1/P2)/(P1N/P2N))

}

Messwertkorrektur für den Wirkungsgrad

ETAI : aus der Kennlinienberechnung

ETAI_MCC : ETAI mit Messwertkorrektur

{

MC:= Messungen

-------------------------------------------------------------

MC= 0 : Auslegung Interpretation (Volllast)

MC= 1 : Auslegung Kontrollrechnung (Teillast)

-------------------------------------------------------------

Vergleich zwischen Interpretationsbedingungen (Volllast)

MC = 2 : gebaut / Auslegung

MC = 4 : Betrieb / Neuzustand

-------------------------------------------------------------

Vergleich zwischen Test Berechnungsbedingungen (Teillast)

MC = 3 : gebaut / Auslegung

MC = 5 : Betrieb / gebaut

für Auslegung{

wenn FCMP=0, dann { ETAI_MCC = ETAI }

sonst {

ETAI_MCC = ETAI

wenn MC=2, dann { ETAI_MCC = ETAI*C_AD }

wenn MC=4, dann { ETAI_MCC = ETAI*C_AD*C_OA }

}

für Teillast dann{

wenn FCMP=0, dann { ETAI_MCC = ETAI }

sonst {

ETAI_MCC = ETAI

wenn MC=3, dann { ETAI_MCC = ETAI*C_AD }

wenn MC=5, dann { ETAI_MCC = ETAI*C_AD*C_OA }

}

Nässekorrektur des Wirkungsgrads

ETAI_MCC : nach Messwertkorrektur

ETAI_WC : ETAI_MCC mit Nässekorrektur

BAU_COR : Korrektur für Baumannfaktor

X2O : X2 aus der letzten Iteration

{

Y_WET = (2-X1-X2O)*0.5*BAU_COR

ETAI_WC = ETAI_MCC - BFAC * Y_WET

}

Berechnung des Austrittsverlusts einschließlich Nässekorrektur

DH, H2A, T2A und VM2

2A = Zustand vor Austrittsverlust

DHL_VR Austrittsverlust vor letztem Iterationsschritt

{

wenn Messwert existiert (MC=1 bis 5), dann {

H2A = H9 - DHL_VR

DH = H1 - H2A }

sonst {

DH = DHS * ETAI_WC

H2A = H1 - DH

}

T2A = f(P2,H2A)

T2O = T2A

H2 = H2A

}

Berechnung des Dampfgehalts X2

Berechnung des spezifischen Volumens V2

Berechnung des Volumenstroms VM2

s.: Volumenstrom

{

wenn T2A > Tsat2, dann { X2 = 1 }

sonst { X2 = f(P2,H2A) }

wenn X2=0 oder X2=1, dann { V2 = f(P2,T2A) }

sonst { V2 = X1*f"(P2)+(1-X2)*f'(P2) }

VM2 = M2*V2

X2O = X2

}

Berechnung des Abdampfverlusts aus Kennlinie 2

SPEZ Eingabe DHLON

berechneter Wert DHL_VR

s.: DTUR_VERL_KENNL

{

wenn FABB=1, dann {

wenn FDHLO=0 , dann { DHL_VR = DHLON }

sonst {Kennlinie 2

DHL_VR = f2(VM2) }

}

wenn FABB=0, dann {

wenn Auslegungsfall dann { DHL_VR = DHLON }

sonst {Kennlinie 2

VV = VM2/VM2N

DHL_VR = (DHLON*VV**2) * f2(VV) }

}

Berechnung des Kolbenverlusts von Kennlinie 3

SPEZ Eingabe QLPN

berechneter Wert QL_P

siehe: DTUR_KOLBEN_VERL_KENNL

{

wenn FABB=1, dann {

für Auslegungsfall {QL_P = QLPN }

sonst { Kennlinie 3

QL_P = QLPN*f3(P1/P1N) }

}

wenn FABB=0, dann {

für Auslegung, dann {QL_P = QLPN }

sonst { Kennlinie 3

QL_P = QLPN*f3(P1/P1N) }

}

übrige Verluste

{

wenn QLMRN < 0.0 , dann {ETAM = 1.0 + QLMRN

QL_M=0 }

sonst {ETAM = 1

QL_M = QLMRN }

}

H2-Berechnung, Zustand nach Turbulenz

{

Y_WET = (2.0-X1-X2)*0.5*BAU_COR

ETAI_WC = ETAI_MCC - BFAC * Y_WET

wenn eine Messung vorliegt (MC=1 bis 5), dann {

H2 = H9

H2A = H2 - DHL_VR

DH = H1 - H2A

ETAI_MES = DH/DHS

ETAI_MES = ETAI_MES + BFAC * Y_WET

DHSUM = H1 - H2 }

sonst {

DH = DHS * ETAI_WC

H2A = H1 - DH

H2 = H2A + DHL_VR

DHSUM = H1 - H2 }

}

Wirkungsgradkontrolle während der Messreihen

Berechnung der Korrekturfaktoren als Verhältnis des

Messwerts zu dem aus den Kennlinien berechneten Wert

{

wenn eine Messung existiert (MC=1 bis 5), dann {

wenn MC=2 oder MC=3, dann C_AD = ETAI_MES/ETAI

wenn MC=4 oder MC=5, dann C_OA = ETAI_MES/ETAI

}

sonst {

C_AD = 1

C_OA = 1 }

}

BAUMANN-Korrektur

siehe: BAUMANN_KORREKTUR

{

wenn FBAU=1, dann {

wenn X1 >= 1 and X2 < 1, dann {

S_S1 = f (P1,T1)

S_S2 = f (P2,H2)

P_S1 = f"(S_S1,T1)

P_S2 = f"(S_S2,T1)

H_S1 = f"(P_S1,T1)

H_S2 = f"(P_S2,T1)

ZW1 = H1 - H_S1

ZW2 = H_S2 - H2

ZW = ZW1 + ZW2

BAU_COR = ZW2/ZW }

sonst { BAU_COR = 1 }

wenn FBAU=0 , dann { BAU_COR = 1 }

}

STOPPAGE

{

P2_LINIE=P2

in Auslegung und FPX = 1, dann {

wenn VMX<= VM2, dann { P2_EXPA = PX2*VM2/VMX }

wenn P2_LINIE >= P2_EXPA, dann { P2_EXPA = P2_LINIE }

}

T2 = f(P2,H2)

M1 = M2 + M3 + M4

P3 = P2 (2)

T3 = T2

H3 = H2 (5)

Q3 = M3 * H3

P4 = P2 (3)

T4 = T2

H4 = H2 (6)

Q4 = M4 * H4

M2 = M1 - M3 - M4 (8)

Q2 = M2 * H2

wenn FSC1 = 0 FACT = 1

wenn FSC1 = 1 FACT = -1

H6 = (M1*(H1-H2) + M5*H5*FACT - QL_P - QL_M)/M6

Bauteilform

	Form 1		Form 2
	Form 3		Form 4

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 56 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Turbinen - Teillast Berechnung - Stodola

Turbinen

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