CH700797A1 - Method for constructing gas turbine plant for power generation, involves monitoring force or applied load in container module, subjecting module to verification during transport, and indicating that threshold limit is exceeded - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Anlagenbaus. Sie betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Anlagen, insbesondere der Stromerzeugung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to the field of plant construction. It relates to a method for creating systems, in particular power generation according to the preamble of claim 1. It further relates to an apparatus for performing the method.
Stand der TechnikState of the art
[0002] Beim Aufbau von Anlagen zur Stromerzeugung, insbesondere von Gasturbinenanlagen, die im Wesentlichen eine Gasturbine mit Verdichter, Brennkammer und Turbine sowie einen Generator und eine Anzahl von mechanischen und elektrischen Hilfssystemen umfassen, werden zur Vereinfachung und Kostenreduktion zunehmend Funktionsmodule als separate Einheiten an einem Herstellungsort (in der Fabrik) vorgefertigt, zusammengebaut und auf ihre Funktion getestet. Je höher der Anteil der vorgefertigten und vorgestesteten Module bzw. Einheiten ist, umso geringer sind die Kosten für den Zusammenbau, die Verkabelung, die Leitungsverbindungen und die Inbetriebnahme vor Ort. In the construction of systems for power generation, in particular of gas turbine plants, which essentially comprise a gas turbine with compressor, combustion chamber and turbine and a generator and a number of mechanical and electrical auxiliary systems are increasingly simplifying and cost reduction function modules as separate units on a Manufactured (factory) prefabricated, assembled and tested for their function. The higher the proportion of prefabricated and pre-tested modules or units, the lower the costs for assembly, cabling, line connections and commissioning on site.
[0003] In Fig. 1 ist eine beispielhafte Gasturbinenanlage 10 dargestellt, die eine Gasturbine 21 mit Ansaugsystem 22 und Abgassystem 23 umfasst. Der unterhalb des Ansaugsystems 22 platzierte Generator ist durch eine 3-phasige Generatorableitung 24 mit einem Maschinentransformator 25 verbunden, von welchem aus der erzeugte Strom in ein Netz eingespeist oder an einen lokalen Verbraucher abgegeben wird. Zu der Anlage gehört eine Vielzahl von Hilfssystemen, Rohrleitungsverbindungen, Zusatzaggregaten und dgl., die zumindest teilweise zu Funktionseinheiten bzw. Modulen zusammengefasst sind und als standardisierte Container-Module auf den üblichen Transportwegen leicht transportierbar sind. Zwei dieser Container-Module sind in Fig. 1 ausgewählt und mit den Bezugszeichen 11 und 12 versehen. In Fig. 1, an exemplary gas turbine plant 10 is shown, which includes a gas turbine 21 with intake system 22 and exhaust system 23. The generator placed below the intake system 22 is connected by a 3-phase generator lead 24 to a machine transformer 25, from which the generated power is fed into a network or delivered to a local consumer. The system includes a variety of auxiliary systems, piping connections, auxiliary units and the like., Which are at least partially combined into functional units or modules and are easily transportable as standardized container modules on the usual transport routes. Two of these container modules are selected in Fig. 1 and provided with the reference numerals 11 and 12.
[0004] Der modulare Aufbau der Anlage soll einen hohen Grad an werksseitiger Abnahme sicherstellen, so dass die Module bereits im abgenommenen Zustand direkt an den Aufstellungsort transportiert werden können. Durch die daraus resultierende verkürzte Abnahmezeit vor Ort lässt sich die Zeit für den Aufbau der Anlage stark reduzieren. Die Container-Module können nach Ankunft am Aufstellungsort per «plug and play» installiert und in die Gesamtanlage integriert werden. Um diese Vorteile der vorabgenommenen Module wirklich nutzen zu können, muss der Einbau vor Ort ohne zusätzliche Überprüfungen der Module möglich sein, um vorgenommen werden zu können. Dies setzt jedoch voraus, dass die Module auf ihrem Transport keinen Stossbelastungen (Beschleunigungen auf der g-Skala der Erdbeschleunigung) ausgesetzt werden, die eine bestimmte Obergrenze überschreiten. Sollten die Module wider Erwarten dennoch derartigen grenzüberschreitenden Belastungen ausgesetzt gewesen sein, müssten sie nach dem Transport vor Ort überprüft werden, um ihre Funktionstüchtigkeit für den späteren Betrieb nachzuweisen bzw. sicherzustellen. The modular design of the system should ensure a high degree of factory acceptance, so that the modules can already be transported in the removed state directly to the site. The resulting shortened on-site take-off time can greatly reduce the time required to set up the system. After arrival at the place of installation, the container modules can be installed via "plug and play" and integrated into the overall system. To truly capitalize on these benefits of pre-approved modules, field installation must be possible without additional module checks to be completed. However, this presupposes that the modules are not subjected to any impact loads (accelerations on the g scale of gravitational acceleration) that exceed a certain upper limit during their transport. If, contrary to expectation, the modules were nevertheless exposed to such cross-border loads, they would have to be checked after transport on site in order to prove or ensure their functionality for later operation.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[0005] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufbau grosstechnischer, teilweise in Modulbauweise erstellbarer Anlagen, insbesondere der Energieerzeugung, anzugeben, durch das die Vorteile der werksseitigen Vor-Abnahme der Module optimal genutzt werden können, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Here, the invention seeks to remedy this situation. It is therefore an object of the invention to provide a method for building large-scale, partially modular construction plants, in particular the power generation, by which the advantages of the factory pre-acceptance of the modules can be optimally used, and to provide a device for performing the method.
[0006] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass in die Module am Herstellungsort Mittel zur Überwachung der Beschleunigungskräfte und/oder andere Kräfte sowie von physikalischen Belastungen, die beim Transport der Module auf diese einwirken, eingebaut werden, dass beim oder nach erfolgtem Transport der Module anhand der eingebauten Überwachungsmittel festgestellt wird, ob die Module während des Transports Kräften und/oder Faktoren ausgesetzt waren, die eine kritische Grenze überschritten haben, und dass die Module nach dem Transport einer Überprüfung unterzogen werden, wenn festgestellt worden ist, dass die kritische Grenze überschritten worden ist. The object is solved by the totality of the features of claims 1 and 7. It is essential for the invention that means for monitoring the acceleration forces and / or other forces as well as physical loads acting on the transport of the modules are installed in the modules at the place of manufacture, that during or after the transport of the modules based on the built-in Monitoring means is determined whether the modules were exposed during transport to forces and / or factors that have exceeded a critical limit, and that the modules are subjected to a check after transport, if it has been determined that the critical limit has been exceeded.
[0007] Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass von einer Überprüfung der Module abgesehen wird, wenn die kritische Grenze nicht überschritten worden ist. An embodiment of the invention is characterized in that apart from a review of the modules, if the critical limit has not been exceeded.
[0008] Besonders einfach ist das Verfahren nach der Erfindung, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung Überwachungsmittel eingebaut werden, welche das Überschreiten insbesondere der kritischen Grenze der Beschleunigungskräfte durch eine dauerhafte Zustandsänderung anzeigen. Hierdurch entsteht eine nicht verlierbare Information, die nach dem Transport ohne Probleme aus- oder abgelesen werden kann. Particularly simple is the method according to the invention, if according to another embodiment, monitoring means are installed, which indicate the exceeding of the critical limit in particular of the acceleration forces by a permanent change of state. This creates a non-loseable information that can be read or read without problems after transport.
[0009] Besonders einfach ist das Verfahren, wenn die dauerhafte Zustandsänderung der Überwachungsmittel mit dem blossen Auge optisch erkennbar ist, weil dann keine weiteren Hilfsmittel oder komplizierte Apparaturen zur Bestimmung des Zustandes nötig sind. Particularly simple is the method when the permanent change in state of the monitoring means with the naked eye is visually recognizable, because then no further aids or complicated equipment for determining the condition are necessary.
[0010] Es hat sich dabei bewährt, dass die kritische Grenze der Beschleunigungskräfte beim etwa 2-fachen der Erdbeschleunigung (2g) liegt. It has been proven that the critical limit of the acceleration forces at about 2 times the gravitational acceleration (2g) is.
[0011] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Form eines Transportstoss-Detektionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Transportstoss-Detektionssystem dauerhaft und sichtbar seinen Zustand ändert, wenn es Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, die eine vorgegebene Grenze überschreiten. The inventive device for performing the method in the form of a transport shock detection system is characterized in that the transport shock detection system permanently and visibly changes its state when it is exposed to acceleration forces exceeding a predetermined limit.
[0012] Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Sensormittel, welche auf Beschleunigungskräfte in allen drei unabhängigen Raumrichtungen ansprechen. Preferably, the device comprises sensor means responsive to acceleration forces in all three independent spatial directions.
[0013] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel Sensorelemente umfassen, welche an einer Sollbruchstelle definiert brechen, wenn sie Beschleunigungskräften ausgesetzt sind, die die vorgegebene Grenze überschreiten. An embodiment of the inventive device is characterized in that the sensor means comprise sensor elements which break defined at a predetermined breaking point when exposed to acceleration forces exceeding the predetermined limit.
[0014] Hierbei ist es zweckmässig, wenn für jede unabhängige Raumrichtung ein Sensorelement vorgesehen ist. It is expedient if a sensor element is provided for each independent spatial direction.
[0015] Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorelemente als Glasstäbe ausgebildet. According to a preferred embodiment of the invention, the sensor elements are designed as glass rods.
Kurze Erläuterung der FigurenBrief explanation of the figures
[0016] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Elemente sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine teilweise aus Funktionsmodulen aufgebaute Gasturbinenanlage, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt, und die zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist; <tb>Fig. 2<sep>das Beispiel eines einzelnen Container-Moduls, in das eine Vorrichtung nach der Erfindung eingebaut ist und <tb>Fig. 3<sep>den stark schematisierten Aufbau einer (passiven) Vorrichtung zur Anzeige eines eine Beschleunigungsgrenze überschreitenden Transportstosses gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. All elements not essential to the immediate understanding of the invention have been omitted. The same elements are provided in the various figures with the same reference numerals. Show it: <Tb> FIG. 1 <sep> a gas turbine plant, partly constructed of functional modules, which drives a generator for power generation and which is suitable for the application of the method according to the invention; <Tb> FIG. 2 <sep> the example of a single container module in which a device according to the invention is installed and <Tb> FIG. 3 <sep> the highly schematic structure of a (passive) device for displaying a transport impact exceeding an acceleration limit according to an embodiment of the invention.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
[0017] Für die einzelnen Komponenten, die zusammengebauten mechanischen und elektrischen Hilfssysteme und alle für die Lagerung, den Transport und den Aufbau der Anlage gebildeten Untereinheiten einer Anlage, wie sie in Fig. 1gezeigt ist, gelten in etwa die folgenden Anforderungen: <tb>–<sep>Sie müssen (ausserbetrieblich) ohne Nachteil Temperaturen im Bereich zwischen -20°C bis +70°C aushalten können.Sie müssen (ausserbetrieblich) ohne Nachteil Stösse mit Beschleunigungen ≤ 2g = 19,62 m/s<2> <tb>–<sep> aushalten können. Sind grössere Beschleunigungen zugelassen, wird die Detektierung entsprechend ausgelegt. <tb>–<sep>Die Module sollten aus Transportgründen (einschliesslich der Verpackung) eine Länge von 12 m, eine Breite von 3,7 m (vorzugsweise 3,0 m) und eine Höhe von 3,7 m nicht überschreiten. Bevorzugt würden ISO-Standardcontainer von 20 oder 30 Fuss Länge. <tb>–<sep>Das Gewicht des kompletten Moduls sollte 30 000 kg nicht überschreiten. <tb>–<sep>Die Module sollten mindestens eine Lagerzeit von 4 Monaten nach Fertigstellung überstehen.For the individual components, the assembled mechanical and electrical auxiliary systems and all formed for the storage, transport and construction of the system subunits of a plant, as shown in Fig. 1, apply approximately the following requirements: <tb> - <sep> You have to be able to withstand (temperatures outside) without any disadvantage temperatures in the range between -20 ° C to + 70 ° C. You must (non-operationally) without detriment bumps with accelerations ≤ 2g = 19,62 m / s < 2> <tb> - <sep> can endure. If larger accelerations are permitted, the detection is designed accordingly. <tb> - <sep> The modules should not exceed a length of 12 m, a width of 3.7 m (preferably 3.0 m) and a height of 3.7 m for reasons of transport (including the packaging). Preference would be given to standard ISO containers of 20 or 30 feet in length. <tb> - <sep> The weight of the complete module should not exceed 30,000 kg. <tb> - <sep> The modules should survive at least a storage period of 4 months after completion.
[0018] Zur Überwachung der Beschleunigungskräfte/physikalische Belastungen soll es auch möglich sein, Beschleunigung/Stösse unterschiedlicher Grössenordnungen zu detektieren. Die Grenzbelastungen hierfür werden von Komponentenhersteller im Speziellen angegeben, welche für bestimmte Elemente und Vorrichtungen auch einen Grenzwert ≤ 2g haben können. Diese speziellen Grenzwerte werden im Rahmen der hier zugrundegelegten Systeme im Zusammenarbeit mit den Lieferfirmen bestimmt. Somit ist eine mehrfache Kombination von Transportstoss-Detektierungssystemen sinnvoll, um eine Abstufung von Schadenfällen richtig einzuschätzen, so dass daraus die Vorteile entstehen, dass nur noch Teilequipments einer genaueren Untersuchung unterzogen werden müssen. To monitor the acceleration forces / physical loads, it should also be possible to detect acceleration / collisions of different magnitudes. The limit loads for this are specified by component manufacturers in particular, which may also have a limit ≤ 2g for certain elements and devices. These specific limits are determined in the context of the systems used here in cooperation with the suppliers. Thus, a multiple combination of transport shock detection systems makes sense to assess a gradation of damage cases correctly, so that there are the benefits that only parts equipment must be subjected to a closer examination.
[0019] Um sicherzustellen, dass derartige im Werk geprüfte und abgenommene Container-Module nach ihrem Transport nur dann noch einmal unter Inkaufnahme eines Zeitverlustes überprüft werden, wenn sie während des Transports übermässigen, die Funktionstüchtigkeit gefährdenden Belastungen, insbesondere Stossbelastungen ausgesetzt waren, wird vorgeschlagen, in ein solches Container-Modul 11 gemäss Fig. 2wenigstens ein Transportstoss-Detektionssystem 13 einzubauen. Ein solches Transportstoss-Detektionssystem 13 wird an zentraler Stelle in den Container eingebaut und registriert, ob der Container insgesamt während des Transportes zum Aufstellungsort der Anlage Stossbelastungen ausgesetzt war, die eine vorgegebene Grenze, im vorliegenden Fall eine Beschleunigung von 2g (g = Erdbeschleunigung) überschritten haben. Es kann aber auch nötig und sinnvoll sein, mehrere solcher Transportstoss-Detektionssysteme 13 an unterschiedlichen Stellen im Container anzubringen, um allfällige lokal höhere Stossbelastungen an besondere empfindlichen Elementen des Moduls detektieren zu können. Indessen ist es ohne weiteres möglich, auch andere Detektionssysteme resp. Überwachungsmittel einzubauen, welche Auskunft über anderweitige auftretende Kräfte oder über entstandene physikalische Belastungen geben können. Ziel ist hier immer, die einmal erkannten kritischen Grenzen festzulegen und diese durch entsprechende Überwachungsmittel integral sicher zu erfassen. To ensure that such factory tested and approved container modules are checked after their transport only once again at the expense of a loss of time, if they were exposed during transport excessive, the proper functioning of endangering loads, in particular shock loads, it is proposed in at least such a container module 11 according to FIG. 2, at least one transport shock detection system 13 to install. Such a transport shock detection system 13 is installed at a central location in the container and registered whether the container was exposed during transport to the site of the system shock loads that exceeded a predetermined limit, in the present case, an acceleration of 2g (g = acceleration due to gravity) to have. But it may also be necessary and useful to attach several such transport shock detection systems 13 at different locations in the container in order to detect any higher local impact loads on special sensitive elements of the module can. However, it is readily possible, other detection systems resp. Install monitoring means that can give information about other occurring forces or physical loads incurred. The goal here is always to define the once recognized critical limits and to capture them integrally by appropriate monitoring means.
[0020] Bevorzugt umfasst ein solches Transportstoss-Detektionssystem 13 gemäss Fig. 3 eine Mehrzahl von Sensorelementen 15, 16 und 17 in Form von in drei orthogonalen Raumrichtungen x, y und z orientierten, an einem Ende fixierten Glasstäben, die jeweils mit einer (in einer Richtung wirkenden) Sollbruchstelle 18, 19, 20, z.B. in Form einer Einkerbung oder lokalen Querschnittsreduktion ausgestattet sind. Es versteht sich von selbst, dass diese Glasstäbe bzw. Sensorelemente nicht nur - wie in Fig. 3 gezeigt - in einem gemeinsamen Gehäuse 14 untergebracht sein können, sondern dass es bei Bedarf auch möglich ist, die Sensorelemente 15, 16 und 17 einzeln und im (oder am) Container verteilt anzubringen. Preferably, such a transport impact detection system 13 according to FIG. 3 comprises a plurality of sensor elements 15, 16 and 17 in the form of glass rods oriented in three orthogonal spatial directions x, y and z and fixed at one end, each with a (in one direction acting) predetermined breaking point 18, 19, 20, for example in the form of a notch or local cross-section reduction. It goes without saying that these glass rods or sensor elements not only - as shown in Fig. 3 - can be housed in a common housing 14, but that it is also possible, if necessary, the sensor elements 15, 16 and 17 individually and in Distributed (or am) container distributed.
[0021] Die Sensorelemente bzw. Glasstäbe 15, 16 und 17 haben die Aufgabe, Stösse zu detektieren, denen das Container-Modul 11 während des Transports ausgesetzt ist. Wenn die Glasstäbe (oder wenigstens einer der Glasstäbe) bei Ankunft des Container-Moduls 11 am Aufstellungsort an der Sollbruchstelle 18, 19, 20 abgebrochen ist, hat der Container während des Transport in der entsprechenden Raumrichtung einen die vorgegebene Grenze überschreitenden Stoss erlitten. Das bedeutet, dass der Container vor seinem endgültigen Einsatz einer Überprüfung unterzogen werden muss. Ist keiner der Stäbe zerbrochen, ist eine Überprüfung nicht notwendig. The sensor elements or glass rods 15, 16 and 17 have the task of detecting bumps to which the container module 11 is exposed during transport. If the glass rods (or at least one of the glass rods) on arrival of the container module 11 at the site at the breaking point 18, 19, 20 stopped, the container has suffered during transport in the corresponding direction in space a predetermined limit border shock. This means that the container must be checked before it is finally used. If none of the bars are broken, a check is not necessary.
[0022] Die Bruchbelastung der Glasstäbe kann durch die Wahl der Glassorte, Form und Querschnitt des Stabes sowie Form und Anordnung der Sollbruchstelle eingestellt und genau definiert werden. Ein derart aufgebautes Transportstoss-Detektionssystem 13 ist zuverlässig in der Funktion, einfach und billig im Aufbau, unkompliziert in der Anwendung, benötigt keine Stromquellen und andere Hilfsmittel und kann sehr einfach mit blossem Auge erfasst rep. abgelesen werden. Es ist auch möglich, durch unterschiedliche Auslegung der Sensorelemente 15, 16, 17 unterschiedliche Stossbelastungsgrenzen anzuzeigen. Das Ablesen des Zustandes der Glasstäbe kann bei geschlossenem Gehäuse 14 durch ein dafür vorgesehenes Fenster erfolgen. Es kann aber auch das Gehäuse 14 insgesamt durchsichtig oder mit einem abnehmbaren Deckel ausgestattet sein. Die Unterbringung in einem Gehäuse 14 empfiehlt sich, um ein unerwünschtes Abbrechen der Glasstäbe durch versehentliche Berührung zu vermeiden, wenn der Container beispielsweise - wie in Fig. 2 zu erkennen - begehbar ausgebildet ist. The breaking load of the glass rods can be adjusted and precisely defined by the choice of the type of glass, shape and cross section of the rod and shape and arrangement of the predetermined breaking point. Such a constructed transport shock detection system 13 is reliable in function, simple and inexpensive in construction, easy to use, needs no power sources and other aids, and is very easily detected with the naked eye rep. be read. It is also possible to indicate different shock load limits by different design of the sensor elements 15, 16, 17. The reading of the state of the glass rods can be done with a closed window 14 through a dedicated window. But it may also be the housing 14 as a whole be transparent or equipped with a removable lid. Housing in a housing 14 is recommended in order to avoid unwanted breakage of the glass rods by accidental contact, if the container, for example - as shown in Fig. 2 can be seen - accessible.
[0023] Durch den Einsatz des Transportstoss-Detektionssystems 13 können Überprüfungen der Container-Module vor Ort auf ein Minimum beschränkt werden, was den Aufbau der Anlage beschleunigt und die Kosten reduziert. By using the transport impact detection system 13 checks of the container modules can be locally reduced to a minimum, which speeds up the construction of the system and reduces costs.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
[0024] <tb>10<sep>Gasturbinenanlage <tb>11,12<sep>Container-Modul <tb>13<sep>Transportstoss-Detektionssystem <tb>14<sep>Gehäuse <tb>15,..,17<sep>Sensorelement <tb>18,..,20<sep>Sollbruchstelle <tb>21<sep>Gasturbine <tb>22<sep>Ansaugsystem <tb>23<sep>Abgassystem <tb>24<sep>Generatorableitung <tb>25<sep>Maschinentransformator <tb>x, y, z<sep>Koordinate[0024] <Tb> 10 <sep> gas turbine plant <Tb> 11.12 <sep> container module <Tb> 13 <sep> Transport shock detection system <Tb> 14 <sep> Housing <Tb> 15, .., 17 <sep> sensor element <Tb> 18, .., 20 <sep> breaking point <Tb> 21 <sep> Gas Turbine <Tb> 22 <sep> intake <Tb> 23 <sep> Exhaust System <Tb> 24 <sep> generator output <Tb> 25 <sep> generator transformer <tb> x, y, z <sep> coordinate
Claims (11)
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