LVDT-Positionssensoren erfüllen die strengen Anforderungen von Turbinenanwendungen
06.09.2024
Die Kontrolle der Ventilleistung ist entscheidend für die Verbesserung des Wirkungsgrads von Gasturbinen. Da die Ventile den Brennstofffluss durch die verschiedenen Komponenten der Gasturbine regeln, ermöglicht eine genaue Überwachung und Steuerung dieser Ventilströme einen effizienteren Betrieb der Turbine bei gleichzeitiger Minimierung der Energieverschwendung.
In Gasturbinen gibt es eine Vielzahl von Regelventilen, Einlassleitschaufeln, Transferventilen, Absperrschiebern, Entlüftungsventilen usw. Jedes Ventil hat eine andere Funktion. Jedes dieser Ventile hat eine andere Funktion, z. B. "entlüftet" ein Ablassventil eine kleine Menge Brennstoff, während ein Absperrschieber den Durchfluss von Gas zulässt oder verhindert, aber normalerweise nicht zur Regelung des Durchflusses verwendet wird. Das richtige Öffnen und Schließen dieser Ventile hängt vom Steuerprogramm der Anlage ab.
Gasturbinenkraftwerke arbeiten in der Regel mit hochpräzisen Regelalgorithmen. Daher muss die Position der Ventile jederzeit überwacht werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Während viele Benutzer von Ventilen nur wissen müssen, ob ein Ventil offen oder geschlossen ist, müssen einige Steuersysteme die genaue Position in ihrer Anwendung kennen. Da es sich bei einem Überdruckventil beispielsweise um ein modulierendes Ventil handelt, sollte es in Abhängigkeit von der erzeugten Leistung in eine bestimmte Position geöffnet werden. Indem sichergestellt wird, dass die Ventile im richtigen Maße geöffnet oder geschlossen werden, können die Anlagen effizienter arbeiten.
Während der Stellantrieb die Armatur bewegt, gibt ein Rückmelder die Armaturenstellung an das Turbinensteuerungssystem zurück und zeigt an, ob und wie weit die Armatur geöffnet oder geschlossen ist. LVDT-Sensoren (Linear Variable Differential Transformer) werden als Positionsrückmelder eingesetzt, um die Ventilposition zu messen und den ordnungsgemäßen Betrieb der Turbine sicherzustellen. Diese aus Edelstahl gefertigten und als eigensicher für den Betrieb in Hochtemperatur-, rauen und explosionsgefährdeten Umgebungen zertifizierten Sensoren wandeln die lineare Bewegung eines Objekts (das mechanisch mit dem Objekt gekoppelt ist) in ein entsprechendes elektrisches Signal um, das von der Steuerung als Teil des Kontrollsystems verwendet wird.
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LVDT-Positionssensoren sind zwei- oder dreifach redundant am Stellantrieb eines beweglichen Schiebers oder eines Drehkugel-/Schmetterlingsventils angebracht. Die Sensoren "sagen" dem Turbinenregelsystem, ob die Ventilposition "offen" oder "geschlossen" ist und in welchem Verhältnis. Der Sensor teilt dem Turbinenregelsystem mit, ob das Ventil "offen" oder "geschlossen" ist und zu welchem Prozentsatz das Ventil geöffnet ist. Anhand der LVDT-Positionsrückmeldung bestimmt das Steuersystem, ob für einen ordnungsgemäßen Turbinenbetrieb mehr oder weniger Kraftstoff benötigt wird, und gibt dem Stellantrieb das Signal, den Schieber, die Kugel oder die Klappe zu bewegen, um die erforderlichen Ventilanpassungen vorzunehmen. Wenn der Stellantrieb das Ventil zu bewegen beginnt, sendet der entsprechende Sensor ein analoges elektrisches Signal proportional zur Ventilöffnung an das Steuersystem. Durch die Rückmeldung des LVDT-Sensors in Echtzeit kann der Stellantrieb kontinuierlich eingestellt werden, bis die gewünschte Öffnung erreicht ist.
LVDT-Positionssensoren sind so konzipiert, dass sie hohen Schock- und Vibrationsbelastungen standhalten und auch in extrem rauen Umgebungen funktionieren.
Die getrennte Anordnung der LVDT-Elektronik (Signalaufbereiter/-übertrager) und der LVDT-Sensoren in der Turbinensteuerung ist einer der Hauptgründe, warum diese Sensoren in Kraftwerken so gut funktionieren. Aufgrund der entfernten Anordnung der Elektronik kann der LVDT hohen Temperaturen von 150°C bis 200°C auf der Turbine standhalten.
ABEK SENSORS' SCAC06 Series LVDT Signal Conditioner kann mit den meisten LVDT-Sensoren auf dem Markt kombiniert werden, unabhängig von 3-Draht, 4-Draht, 5-Draht, 6-Draht und der Position der LVDT-Kerne, und kann entsprechend der Ventilöffnung kalibriert werden. Die maximalen und minimalen Positionen entsprechen den analogen Ausgangssignalen.
Aufgrund des Vorhandenseins von gasförmigen Dämpfen in Gasturbinen müssen in Turbinen installierte LVDTs Sicherheitsparameter erfüllen und von einer Zertifizierungsstelle für Explosionsschutz zugelassen sein. Diese Anforderungen setzen den Standard für die Konstruktion von Sensoren, die auf einer "Zündkurven"-Umgebung basieren, in der die Induktivität des LVDT-Sensors so ausgelegt ist, dass sie unterhalb der Zündkurve liegt und niemals genug Energie vorhanden ist, um einen vorhandenen Gasdampf zu entzünden, weder im Standardbetrieb noch unter Fehlerbedingungen.
Die LVDT-Technik nutzt das Transformatorprinzip zur Messung der linearen Verschiebung in einer Gasturbine. Die Primärspule wird durch ein Wechselstromsignal erregt. Der Kern ist mit zwei Sekundärspulen wechselstromgekoppelt, die um 180° phasenverschoben gewickelt sind. Wenn die Position des Kerns so ist, dass die an eine Sekundärspule angekoppelte Spannung größer ist als die andere, steigt der Ausgang linear proportional zur Kernverschiebung.
Über ABEK SENSORS
ABEK SENSORS entwickelt Positionsmesslösungen für viele anspruchsvolle Anwendungen in rauen Umgebungen. Dazu gehören strahlungsresistente, ultrahochtemperaturbeständige Ventilstellungsanzeiger (LVDT-Wegsensoren) für Ventile, die in der Kernenergie eingesetzt werden (pilotgesteuerte Sicherheitsventile, Sprühventile). Die LVDT-Wegsensoren können einzeln oder als Teil einer Baugruppe eingesetzt werden. Abeck ist in der Lage, die LVDT-Sensorschnittstelle entsprechend den Anforderungen des Kunden an die Installationsstruktur zu entwerfen und kann eine vollständige Palette von vollständig lokalisierten Lösungen von LVDT-Wegsensoren, LVDT-Signalaufbereitern, Signalerfassungs- und -verarbeitungsgeräten anbieten.
ABEK SENSORS entwickelt und fertigt Positionssensoren für anspruchsvolle Umgebungen. Bitte kontaktieren Sie uns bei Fragen zu Ihren Herausforderungen in der Positionsmessung!
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