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anlagenüberwachung

Dynamische Messungen für mehr Effizienz

am 26.06.2017 um 08:00 Uhr

Um die Verbrennungseffizienz seiner Kraftwerke kontinuierlich zu optimieren, hat Siemens ein hochmodernes Testcenter, das Clean Energy Center (CEC) in Ludwigsfelde nahe Berlin, errichtet. Inzwischen ist dort ein Langzeit-Schwingungsmessgerät Teil der fortschrittlichen Technologie: der IfTA DynaMaster.

Ifta Dynamaster

Mobiler IfTA Dynamaster mit 16 AD4Pro Eingängen. – Bild: Siemens AG

Einzelne Brennkammern der Gasturbine werden dort unter hohem Druck und vorgeheizter Luft oder Gas – das heißt unter realistischen Bedingungen – betrieben. Neben den Emissionen sind thermoakustische Phänomene bzw. Verbrennungsschwingungen in der Brennkammer und  die dynamischen Materialbelastungen Teil der Untersuchung.
Zur Messung dieser Signale kommen Hochtemperaturdruck- und -beschleunigungsaufnehmer, Dehnmessstreifen und diverse andere Sensoren zum Einsatz. Inzwischen ist auch ein Langzeit-Schwingungsmessgerät Teil der fortschrittlichen Technologie im Ludwigsfelder CEC: der IfTA DynaMaster. Er ist eine Weiterentwicklung basierend auf den bewährten IfTA Argus-Systemen, die seit über einem Jahrzehnt an verschiedenen Gasturbinentypen wie der SGT5-8000H weltweit im Einsatz sind.

Die Software
Analysesoftware IfTA Trend
Die im System einsetzbare Datenanalysesoftware IfTA Trend ist ein Tool, mit dem sich selbst Dateien mit
10 GB schnell laden und analysieren lassen. Neben dynamischen Daten und Umgebungs- sowie Prozessparametern speichert der IfTA DynaMaster auch im System berechnete Werte wie Peak-to-Peak, RMS und ganze Spektren. Die Auswertung dieser unterschiedlichen Größen geschieht in spezialisierten Plots wie beispielsweise Spektrogramm, Nyquist- oder Bodeplot. In der gleichen Softwareumgebung überwachen mehrere Testingenieure die Online-Messdatenströme während des Messlaufs in individuell konfigurierbaren Ansichten. Dazu verbindet sich das IfTA Trend auf dem Arbeitsplatzrechner mit dem IfTA DynaMaster.

Aus hohen Abtastraten und großer Kanalanzahl resultieren bei dieser Anwendung enorme Datenmengen, sodass das CEC sehr spezielle Anforderungen an die Fähigkeiten der Datenauswertung stellt. Das Zusammenführen von allen Datenströmen aus unterschiedlichen Quellen mithilfe dieses Messsystems ermöglicht es, schnelle und komplexe Zusammenhänge effizient auszuwerten. Das kann beispielsweise die Auswirkung von Umgebungsparametern oder Brennstoffzusammensetzung auf Verbrennungsinstabilitäten betreffen. Neben den Rohdatenströmen werden auch über der Zeit zusammengefasste Datenströme erzeugt. Diese ermöglichen eine schnelle Übersicht über lange Zeiträume.

Siemens Clean Energy Center

Siemens Clean Energy Center in Ludwigsfelde nahe Berlin. – Bild: Siemens AG

Herzstück des Systems ist die IfTA AD4Pro, eine vierkanalige dynamische Messkarte mit universellen Messeingängen. Unterstützt wird auf dieser Karte je Kanal die Messung von Spannungs- und Stromsignalen. Darüber hinaus erlaubt ein integrierter differenzieller Ladungsverstärker den direkten Anschluss von piezoelektrischen Hochtemperaturdruck- und -beschleunigungsaufnehmern. Ebenfalls enthalten ist ein Messverstärker für Dehnmessstreifen. An diesem können Viertel-, Halb- und Vollbrücken direkt angeschlossen werden. Weiterhin werden piezoresistive Druck- und Beschleunigungssensoren, wie z. B. Kulite-Sensoren, unterstützt und für IEPE-Sensoren steht eine entsprechende Speisung zur Verfügung. Ausgewählt wird der gewünschte Eingangsmodus einfach per Software.
Alle Teststände des CECs sind mit IfTA DynaMastern mit jeweils 32 Kanälen ausgestattet. Die Kanäle werden für phasensynchrone Messungen simultan mit 24 Bit und bis zu 51,2 kHz abgetastet. Neben den schnellen Eingängen können zusätzlich 32 langsame Spannungs- oder Stromsignale erfasst werden. Für digitale Signale stehen 16 Eingänge zur Verfügung. Die schnellen analogen Eingänge können über gepufferte Ausgänge abgegriffen werden.

Das Testzentrum in Ludwigsfelde
Der Gas- und Dampfturbinen(GuD)-Betrieb bietet einen sehr guten Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringem CO2-Ausstoß – circa 60 Prozent weniger als aus Braunkohlekraftwerken. Das aktuell modernste Kraftwerk von diesem Typ steht nördlich von München in Irsching und hat einen Wirkungsgrad von 60,75 Prozent. Die weltweit leistungsstärkste Maschine der Firma Siemens, die Gasturbine SGT5-8000H mit einer elektrischen Leistung von über 375 MW, ist dort im Einsatz. Im Brenner-Testzentrum für Gasturbinen des CEC in Ludwigsfelde bei Berlin werden Verbrennungsvorgänge in Gasturbinen untersucht und validiert, mit dem Ziel, die Effizienz der Siemens-Gasturbinen weiter zu erhöhen und ihre Flexibilität im Hinblick auf unterschiedliche flüssige und gasförmige Brennstoffe zu verbessern. In den neuen Forschungs- und Entwicklungsstandort investierte das Unternehmen insgesamt rund 100 Millionen Euro. Das Testzentrum gehört zum Standort des Siemens-Gasturbinenwerks in Berlin.

Gastubine

Die Verbrennung ist der Schlüssel zu einer noch höheren Effizienz von Gasturbinen. In der
Gasturbinenfertigung in Berlin werden die bis zu 24 benötigten identischen Brenner in das Aggregat
eingebaut. – Bild: Siemens AG

Ergänzt wird das Schwingungsmesssystem durch eine leistungsstarke modulare Softwareplattform. Drehscheibe des Messdatenhandlings ist der IfTA Host, der direkt auf dem IfTA DynaMaster läuft. Er erlaubt wahlweise die gesteuerte oder automatische Speicherung der Daten auf dem integrierten Speichermedium, wo zwischen SSD oder HDD gewählt werden kann. Neben den Schwingungsdaten kann der IfTA Host auch Daten über OPC Classic, UA oder Datasocket verteilen und empfangen. Um einen Schutz des Prüfstands im Falle von hohen Schwingungsamplituden zu gewährleisten, wurde der IfTA DynaMaster im CEC mit einer echtzeitfähigen Recheneinheit (DSP) und Ausgangskarten zum IfTA Argus OMDS hochgerüstet. Das modulare Konzept erlaubt dabei eine freie Wahl der gewünschten Ausgangskarte. Es stehen zum Beispiel analoge und digitale Ausgänge sowie Profibus zur Verfügung. Dr. Jakob Hermann/nh

Pressematerial des IfTA, Ingenieurbüro für Thermoakustik

 
 
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