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TB 5000

Límites de Operación

Energy SectorCopyright © Siemens Industrial Turbomachinery Ltd 2010. All rights reserved.

Introducción

•ECU

•Límites del Governador.

•Control de TP

•Rampas de Arranque

•Sobrevelocidad y control de BOV


ECU

ECU, son las siglas de Electronic Control Unit, y es una tarjeta electrónica utilizada como gobernador en muchas de las turbinas Ruston-SIEMENS.

Esta unidad de control recibe lecturas de velocidad del generador de gases y turbina de potencia, temperaturas de operación, y en algunas aplicaciones señales de presión de gas combustible y posición de la válvula. Con esta información la ECU posiciona el actuador de gas combustible de acuerdo a la información procesada.

El sistema de control ( Microcontrolador ) intercambia información con la ECU por medio del protocolo de comunicación Device Net. El sistema de control es el encargado de monitorear y controlar los distintos procesos implicados en el funcionamiento y de desplegar los mensajes de alerta en pantalla, así como de proteger la turbina en caso necesario por medio de los distintos disparos disponibles.


Parámetros de la ECU

Es posible comunicarse con la tarjeta ECU por medio de un cable serial y mediante el programa DCDESK. Una vez establecida la comunicación, es posible modificar los distintos parámetros, los cuales vienen definidos por un número consecutivo y un valor asignado, así como también los valores máximos y mínimos permitidos para este parámetro, tal como se muestra en la siguiente figura:


Pantalla del DC DESK


Límites del Gobernador

El gobernador interactúa con el sistema de control por medio de los límites del Gobernador:Control de Velocidad de la Turbina de Potencia

Máximo Poder Calorífico

Control de Velocidad del Compresor

Límite de Velocidad del Compresor

Límite de Temperatura

Blowout

Arranque

Paro


Control de Velocidad de la Turbina de Potencia

Este es un Lazo de Control Proporcional-Integral con su parámetros de ajustes de Ganancia y estabilidad.Estos lazos de Control pueden ser de dos modos : Modo Droop ( Modo Atenuación)Modo Isócrono

En el Modo Droop es normalmente ajustado para dar una caída de 4% de velocidad a Plena Carga y 0% a velocidad sin carga. Normalmente utilizado en aplicaciones de Bombeo. Este lazo puede ser estabilizado a través de diferentes parámetros de ajustes de compensación de tiempo de adelanto y atraso para determinado valor de velocidad.En el Modo Isócrono es normalmente utilizado en aplicaciones de generación

sobre todo cuando se es utilizado para sincronización con otros equipos, al igual que el modo atenuación tiene diferentes parámetros de compensación para ajustar su velocidad de respuesta a los distintos cambios.


Control de Velocidad de la Turbina de Potencia

Una vez que la turbina de potencia ha alcanzado la mínima velocidad para gobernar ( 4000 rpm ), el flujo de combustible será controlado para conseguir una velocidad constante. A continuación se listan los parámetros relacionados con el control de velocidad de la TP.

NPTMAX= máxima velocidad permisible en la TP (8400rpm)

NPTMIN = mínima velocidad en la TP (4000 rpm)

NPTRATE = razón de cambio de velocidad en la TP ( 8rpm/sec ) Al variar este parámetro se puede conseguir que la velocidad de la TP disminuya o se incrementa a una mayor velocidad.


Máximo Poder Calorífico

Límite de Máximo Poder calorífico.

Este límite está diseñado para evitar que la turbina produzca demasiada potencia de salida que pueda manejar la caja de engranes o el equipo accionado. Este límite está definido en la ECU de la siguiente forma:

MAXIMO LIMITE = 16400 kW


Control de la Velocidad del Compresor

El rango de Poder calorífico que está entrando en la Turbina es dependiente de la cantidad de aire que está siendo generado por el Compresor.Si el compresor no está operando a su máxima velocidad la cantidad de Poder Calorífico es limitado a un cierto valor hasta que la velocidad del compresor incremente.

Este límite de Poder calorífico es diferente para todas las velocidades del compresor por tal motivo puede ser programado en una tabla de Correlación Velocidad-Poder Calorífico.

Como la densidad del aire cambia con la temperatura ambiente la masa de flujo de aire también varía a través del Compresor para compensar esto la velocidad es corregida con la temperatura de entrada.


Limite de Velocidad del Compresor

Este límite está diseñado para que el compresor no exceda su velocidad de diseño en rpm, una vez que el compresor ha alcanzado esta velocidad definida por este límite, el gobernador entra en límite de velocidad del compresor, controlando el actuador de combustible para no exceder esta velocidad. En la ECU este setpoint está indicado como:

POWER LIMIT = 15000 rpm



El límite de temperatura esta relacionado con la lectura de T.O.P ( temperatura de operación ), el cual se obtiene por medio de la siguiente fórmula:

T.O.P = Temperatura de Escape - Temperatura en la entrada del compresor.

La tarjeta ECU recibe la señal calculada del sistema de control (Microcontrolador) y lo compara con un setpoint ajustado al dato de Placa de la Turbina de máxima temperatura de operación. Adicionalmente el sistema de control cuenta con otros dos setpoints (alarma y disparo) que protegen a la turbina de alta temperatura.



Los puntos de ajuste de TOP para una turbina TB5000 son, normalmente, los siguientes:

Temperatura de Operación:

Disparo = 505 °C

Alarma = 495 ° C

Temperatura máxima contínua:

TMAXLIM = 490 °C

Cuando la turbina se encuentra en carga y la ECU recibe la TOP del sistema de control y esta es mayor que TMAXLIM, el gobernador cambia a límite de temperatura, controlando el movimiento del actuador para no exceder esta temperatura.



Asimismo el sistema de control protege a la turbina de una temperatura promedio alta a la salida de la turbina de potencia mediante los siguientes parámetros:

Temperatura a la salida de la TP (promedio):

Alarma: 590 °C

Disparo 600 °C


Limite de Blow Out

Este límite es también conocido cómo límite de desaceleración y es usado para asegurar que la entrada de poder calorífico del gas no sea reducido por debajo de un valor seguro que pueda permitir la extinción de Flama en el sistema de combustión sobre todo durante reducciones rápidas de carga normalmente conocidas como rechazo de carga.

También es utilizado para activar las válvulas de sangrado cuando existe la posibilidad de una sobre-velocidad y la velocidad en la flecha de salida sobrepasa la velocidad demandada.


Control de Arranque

Este límite controla el movimiento del actuador para proporcionar el Poder Calorífico necesario para la Ignición y durante las rampas de arranque hasta llegar a velocidad de sustentación. Hay varios parámetros en la ECU que deben de considerarse en este límite:

START LIIMIT GAS = cantidad de gas al arranque ( aprox 1000kW), este parámetro representa la cantidad de gas por el actuador una vez que la SOL5 abre y el variar este valor es útil si se presentan fallas de encendido en repetidas ocasiones.

NCT1GAS = Velocidad de comienzo de la rampa 1 (2800rpm)NCT2GAS = Velocidad de comienzo de la rampa 2 (4800rpm)


Control de Arranque

NCTLIGHTGAS = velocidad para la ignición (1800 rpm)START RAMP1 GAS = 50 kW/s, rampa 1 de aceleración START RAMP2 GAS = 33kW/s, rampa 2 de aceleración

Manipulando estos dos parámetros es posible solucionar problemas de arranque, por ejemplo si se observa alta temperatura en la salida de la TP o de operación entre los 2800 y los 4800 rpm, mediante la disminución del valor del parámetro START RAMP1 GAS sería posible reducir esta temperatura.

En la siguiente gráfica se muestra el momento en el que actúan los parámetros mencionados con anterioridad:


0

500

1000

1500

2000

2500

0 2000 4000 6000 8000 10000

Velocidad Compresor / RPM

Pode

r Cal

orifi

co /

Kw

Control de Arranque

NCT1GAS

START LIMIT GAS

NCT2GAS

NCT LIGHT GAS

START RAMP1GASSTART RAMP2GAS


Sobrevelocidad

Originalmente el sistema de control a base de relevadores estaba equipado con un switch mecánico de sobre-velocidad, en equipos con control Microcontrolador, además de este disparo mecánico, se cuenta con un disparo vía un parámetro que se encuentra en la ECU con el siguiente TAG:

NPTTRIP = 8745 rpm (110 % la velocidad máxima de la TP)


Medición de Velocidad

La TB 5000 utiliza dos sensores de velocidad uno para medir la velocidad del compresor y otro para medir la velocidad en la turbina de potencia. El sensor colocado en la carcasa del compresor lee 37 dientes (álabes ) en una revolución, mientras que el colocado en la turbina de potencia lee 60 dientes por revolución, colocado en el cople entre TP y caja de engranes.

Estos parámetros pueden ser ajustados en el ECU :

TEETH PICK UP1 = 37, número de pulsos por revolución en el compresor

TEETH PICK UP2 = 60, número de pulsos por revolución en la turbina de potencia.


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