JP2008217247A - 給水ポンプ過流量防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給水系に設けられた流量調節弁を長期間使用してその弁特性が変化した場合であっても、特に、給水流量の少ない低流量領域においても給水ポンプから吐出される給水流量が過流量となることを防止することができる給水ポンプ過流量防止装置を提供する。
【解決手段】給水ポンプ過流量防止装置は、条件出力手段２４ｃから入力した条件信号の変化率を制限して出力する変化率制限手段２４と、弁制限開度信号２０ａと変化率制限手段２４から出力された信号とを加算する加算手段２５と、弁制限開度信号２０ａと加算手段２５の出力とを比較して差分を補正弁制限開度信号２７ａとして出力する入力比較出力手段２６と、入力比較出力手段２６の出力信号に基づいた補正弁制限開度信号２７ａを下限値と入力する流量調節弁のローリミッタ２８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、給水ポンプから送られる流体の流量が過流量となることを防止する給水ポンプ過流量防止装置に関する。

コンバインドサイクル発電プラントやコンベンショナル火力発電プラント等の発電プラントにおいては、高圧加熱器やボイラ等の機器に常時水を供給する必要があり、このために給水ポンプ、流量計および流量調節弁を備えた給水系が設置されている。

具体的には、この給水系は、コンバインドサイクル発電プラントやコンベンショナル火力発電プラントの高圧加熱器、ボイラへ加圧して給水する給水ポンプと、給水ポンプの下流側にそれぞれ設けられ、給水ポンプから吐出された給水流量を調節する流量調節弁、および給水ポンプから吐出された給水流量を測定する流量計とを備えている。

そして、流量調節弁は、弁開度指令が入力されると、予め設定した流量調節弁特性に基づいて、弁開度を調節して給水ポンプから吐出される給水流量を制御するようになっており、前述した様に高圧加熱器やボイラ等の機器に常時給水する必要からその弁開度は所定開度（ローリミッタの下限値）以下に絞られないようになっている。

このような給水系において、給水ポンプから吐出された給水流量が吐出仕様流量よりも過流量となることを防止するために、様々な制御装置が用いられている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開平１０−２６７２１４号公報 特開平８−２６３１４４号公報

しかしながら、給水ポンプから吐出された給水は高圧となっているので、流量調節弁を長期間使用した場合にはこの流量調節弁の内弁が侵食されて減耗して弁特性が変化してしまう。このため、流量調節弁の弁開度指令と実際の弁開度との関係が変化し、同じ弁開度指令であっても流量調節弁を通過する給水流量が増加してしまう。

従来の給水系における、過流量防止装置においては、前述の流量調節弁の侵食による弁特性変化については何ら考慮されていなかったため、流量調節弁が過流量になっても対応することができないという問題があった。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、給水系に設けられた流量調節弁を長期間使用してその弁特性が変化した場合であっても、特に、給水流量の少ない低流量領域においても給水ポンプから吐出される給水流量が過流量となることを防止することができる給水ポンプ過流量防止装置を提供することを目的とする。

本発明は、給水ポンプから送られる流体の流量を調節する流量調節弁および前記給水ポンプから吐出される給水流量を測定する流量測定器を有する給水系の過流量を防止するようにした給水ポンプ過流量防止装置において、過流量を設定する過流量設定器と、前記流量測定器で測定された流量信号と前記過流量設定器の過流量設定値と比較して流量偏差を出力する減算器と、流量偏差と弁制限開度とを予め定めておき、前記減算器から入力した流量偏差に見合う弁制限開度信号を出力する流量偏差−弁制限開度回路と、前記流量偏差を入力し、当該流量偏差が予め定めた偏差設定値を超えた場合に信号を出力する偏差設定器と、前記偏差設定器に応じた条件信号を出力する条件出力手段と、前記条件出力手段から入力した条件信号の変化率を制限して出力する変化率制限手段と、前記流量偏差−弁制限開度回路から出力された弁制限開度信号と、前記変化率制限手段から出力された信号とを加算する加算手段と、前記流量偏差−弁制限開度回路から出力された弁制限開度信号と前記加算手段の出力とを比較して差分を補正弁制限開度信号として出力する入力比較出力手段と、前記入力比較出力手段の出力信号に基づいた補正弁制限開度信号を下限値と入力する前記流量調節弁のローリミッタとを備えた給水ポンプ過流量防止装置である。

本発明の給水ポンプ過流量防止装置においては、前記変化率制限手段に替えて、積分変位を用いてもよい。

本発明の給水ポンプ過流量防止装置によれば、流量調節弁を長期間使用してその弁特性が変化した場合であっても、低流量領域において給水ポンプから送られる流体の流量が過流量となることを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について述べる。

図１乃至図６は、本発明による給水ポンプ過流量防止装置の実施の形態を示す図である。

このうち、図１は本発明の実施形態による給水ポンプ過流量防止装置の構成図であり、図２は流量調節弁における実流量（％）と、実開度（％）との関係を示す図である。

図１において、給水ポンプ過流量防止装置は、例えばコンバインドサイクル発電プラントの高圧加熱器やボイラ等の機器へ給水を行う給水ポンプ１０と、給水ポンプ１０の下流側に設けられ給水ポンプ１０から吐出される給水流量を調節する流量調節弁１１と、この流量調節弁１１の下流側に設けられ給水ポンプ１０から吐出される給水流量を測定する流量計１２と、弁開度指令に基づいて流量調節弁１１を制御する流量調節弁制御装置２０とを備えている。

流量調節弁１１は、その弁開度を調節することによって給水ポンプ１０から高圧加熱器やボイラ等へ給水される流量を調節するものであり、この流量調節弁１１には、弁開度を測定する弁開度測定器（弁開度測定部）１１ａが設けられている。

流量調節弁制御装置２０は、給水ポンプ１０が仕様吐出流量を超えた流量を吐出すると破損する恐れがあるので、過流量とならないようにするために従来から過流量防止手段を講じている。

本実施の形態では、流量調節弁１１の内弁が侵食による減耗によって弁特性に経年変化が生じたとしても、弁開度が初期運用時の流量調整弁特性から変化しないように補正するための弁特性経年変化補償回路２０−１を付加している。なお、ここで「過流量防止回路」とは、流量調節弁制御装置２０の構成要素から、弁特性経年変化補償回路２０−１の構成要素を除いた部分である。

まず、流量調節弁制御装置２０の全体構成について説明する。

流量調節弁制御装置２０は、流量測定器１２からフィードバックされた実流量信号(ボイラ給水ポンプ高圧出力流量とも言う)１２ａと、過流量設定器２２で設定された過流量設定値２２ａとを比較して流量偏差２３ａ（２３ａ＝１２ａ−２２ａ）を求める減算器２３と、流量偏差と弁制限開度とを定めておき、減算器２３から出力された流量偏差２３ａを入力したとき、それに見合う弁制限開度信号２１ａを出力するように定めた流量偏差−弁制限開度回路２１と、この弁制限開度信号２１ａを後述する本発明の主要部である弁特性経年変化補償回路２０−１で補正した後、この補正された弁制限開度信号(以下、補正弁制限開度信号という)２６ａに高圧ドラム圧力係数２９ａを掛算してローリミッタ制限値（下限値）２７ａを生じる掛け算器２７と、このローリミッタ制限値（下限値）２７ａを入力して流量調節弁１１のローリミッタ制限値を設定するローリミッタ２８とから構成されている。

このローリミッタ２８は、弁開度指令２０ａが流量調節弁１１に出力されたとき、流量調節弁１１の実弁開度が前記ローリミッタ制限値２７ａよりも低くならないように機能する。そして、このローリミッタ制限値２７ａが前述したように、高圧加熱器やボイラ等の機器に常時水を供給するための必要最低限の弁開度である。

次に、弁特性経年変化補償回路２０−１について、さらに詳細に説明する。

減算器２３は、流量測定器１２で測定された実流量信号１２ａから過流量設定器２２で設定された過流量設定値２２ａを減算して流量偏差２３ａを得、この流量偏差２３ａを偏差設定器３０に入力する。

この偏差設定器３０は、入力された流量偏差２３ａが、予め定めた設定値を超えた場合に論理値“１”なる信号３０ａを出力し、流量偏差２３ａが設定値を超えない場合は論理値“０”なる信号３０ａを出力するように構成されている。そして、この偏差設定器３０の信号３０ａは条件出力器２４ｃに入力される。

この条件出力器２４ｃは、論理値“１”なる信号３０ａを入力した場合、予め定められている正の条件値２４ａを選択して次段のレートリミッタ（変化率を制限する制限リミッタ）２４に出力し、一方、論理値“０”なる信号３０ａを入力した場合、予め定められている負の条件値２４ｂを選択してレートリミッタ２４に出力する。

前述した正の条件値２４ａおよび負の条件値２４ｂの組合せは、任意に変更できるようにしてあり、たとえば、正の条件値２４ａ；−１０、負の条件値２４ｂ；０といった組合せとか、正の条件値２４ａ；−２０、負の条件値２４ｂ；−１０といった組合せなど、使用条件によって、より良い条件を設定することができるようになっている。

このように、レートリミッタ２４には実流量１２ａと過流量設定値２２ａとの偏差２３ａが偏差設定器３０の偏差設定値を超えているか否かによって、正の条件値２４ａあるいは負の条件値２４ｂが入力される。そして、入力した条件値の変化率を制限して信号２４ｄを次段の加算器２５に出力する。なお、変化率制限リミッタ２４の代わりに、積分変位を算出する積分変位回路を有するようにしても良い。

加算器２５は、前述した流量偏差−弁制限開度回路２１から出力された弁制限開度信号２１ａと、レートリミッタ２４から出力された信号２４ｄとを加算して、次段の入力比較出力器２６に出力する。この入力比較出力器２６では、加算器２５の出力と、流量偏差−弁制限開度回路２１から出力された弁制限開度信号２１ａとを比較して差分を補正弁制限開度信号２６ａとして出力する。この補正弁制限開度信号２６ａは前述したように掛け算器２７にて高圧ドラム圧力係数２９ａと掛算され、ローリミッタ制限値２７ａを得る。

このローリミッタ制限値２７ａは、ローリミッタ２８に入力されて、流量調節弁１１の開度がこのローリミッタ制限値２７ａよりも低くならないように機能する。前述したように、ローリミッタ制限値２７ａが高圧加熱器やボイラ等の機器に流量調節弁１１から常時水を供給するための弁開度下限値である。

次に、このように構成された本実施形態の作用について説明する。

コンバインドサイクル発電プラントやコンベンショナル火力発電プラント等の発電プラントにおいては、給水ポンプ１０から高圧加熱器やボイラ等の機器へ給水を行う。ここで、この給水ポンプ１０により送られる給水流量は流量調節弁１１により調節される。また、この給水流量は流量計１２により測定される。

本実施形態の給水ポンプ過流量防止装置においては、流量調節弁制御装置２０が弁開度指令２０ａに基づいて流量調節弁１１を制御する。以下に流量調節弁制御装置２０による制御内容について詳述する。

減算器２３は、実測定流量１２ａと過流量設定値２２ａとの偏差を演算し、流量偏差−弁制限開度回路２１に出力する。流量偏差−弁制限開度回路２１は、減算器２３から入力した流量偏差２３ａに予め対応した弁制限開度信号２１ａを出力する。この弁制限開度信号２１ａは加算器２５においてレートリミッタ２４から出力された信号２４ａと加算されたのち、入力比較回路２６で比較される。

ところで、流量調節弁１１の使用初期のように、内弁が磨耗していない状態では、偏差設定器３０から出力される信号３０ａは“０”なので、レートリミッタ２４には負の条件値２４ｂが入力され、その条件値２４ｂに見合った値となって加算器２５に与えられる。加算器２５では、弁制限開度信号２１ａとレートリミッタ２４から出力された信号２４ｄとが加算されたのち、入力比較出力回路２６に入力される。入力比較出力回路２６は、弁制限開度信号２１ａと加算器２５の出力信号とを比較し、その比較結果である補正弁制限開度信号２６ａを出力する。そして、入力比較出力回路２６の比較結果である補正弁制限開度信号２６ａは、高圧ドラム圧力係数２９ａと掛算されてローリミッタ制限値２７ａとして、ローリミッタ２８に与えられる。このときの流量調節弁１１に流れる「ボイラ給水ポンプ高圧出口流量」と、「開度指示信号％」２０ａとの特性は図２のとおりである。

流量調節弁１１は、ローリミッタ制限値２７ａ以上の流量領域においては弁開度指令２０ａに対応した弁開度を出力するが、ローリミッタ制限値２７ａよりも低い弁開度指令２０ａを与えられた場合は、ローリミッタ制限値２７ａを弁開度とする流量を出力する。これによって、高圧加熱器やボイラ等の機器には、弁開度指令２０ａに対応した流量あるいは必要とする最低限の給水が供給されるようになる。

一方、流量調節弁１１を長期間使用したことによってその内弁が磨耗した状態では、同じ値の弁開度指令を与えられた場合には、流量は初期使用状態よりも増加する。このため、内弁が磨耗した状態では、減算器２３から出力される偏差２３ａが初期使用状態よりも大きくなり、偏差設定器３０から出力される信号３０ａは“１”となって、レートリミッタ２４には正の条件値２４ａが入力される。このときのレートリミッタ２４から出力される信号２４ｄは、内弁が磨耗していない初期使用状態の場合よりもマイナス方向に変化率を制限しながら徐々に大きくなって加算器２５に与えられる。

この結果、加算器２５の出力は内弁が磨耗していない場合よりも小さくなり、入力比較出力器２６から出力される補正弁制限開度信号２６ａは小さくなる。このため、掛け算器２７から出力されるローリミッタ制限値２７ａは、使用初期の内弁が磨耗していない状態よりも小さくなり、流量調節弁１１の下限弁開度を絞る(小さくする)ことになる。

このようにして、流量調節弁１１を長期間使用したことによってその内弁が磨耗し給水流量が増えた場合は、弁特性経年変化補償回路２０−１の機能により、流量調節弁１１のローリミット制限値（下限弁開度）を小さくするように調節する。この結果、流量調節弁１１の下流に設置されている高圧加熱器やボイラ等の機器に対して過流量とならない必要量の給水を供給することができる。

なお、偏差設定器３０から出力される信号３０ａを図示しない警報表示装置（ＡＮＮ）に送ることにより、運転員に注意喚起を行うことができる。

また、上述した実施の形態では、図１で示すように、弁制限開度信号２１ａと加算器５の出力信号とを比較してその差分を補正弁制限開度信号２６ａとして掛け算器２７に出力するようにして、自動的にローリミッタ２８の下限値を調節するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３で示したレートリミッタ２４の出力値を長期間計測して得た弁特性経年変化図を活用することによって、ある一定量の流量変化の発生が確認できた場合には、図４の調節弁特性カーブを見直すことにより、過流量防止を図るようにしてもよい。

また、図５で示すように、使用初期状態の流量特性カーブ（実線）のＣｖ値と、実開度と実流量の計算による流量調節弁１１のＣｖ値とから侵食度合いを求める図である。この図５を参照して図６で示すように調節弁カーブを見直すようにすれば流量調節弁の経年変化に応じた過流量を防止することもできる。

本発明の実施の形態の給水ポンプ過流量防止装置の構成図である。 流量調節弁における実流量（％）と、実開度（％）との関係を示す図である。 レートリミッタの出力値を長期間計測して得た弁特性経年変化図である。 調節弁特性カーブを示す図である。 使用初期状態の流量特性カーブ（実線）のＣｖ値と、実開度と実流量の計算による流量調節弁のＣｖ値とから侵食度合いを求める図である。 調節弁特性カーブを示す図である。

符号の説明

１０ 給水ポンプ
１１ 流量調節弁
１１ａ 弁開度測定器
１２ 流量計
１２ａ 測定流量
２０ 流量調節弁制御装置
２０−１ 弁特性経年変化補償回路
２０ａ 弁開度指令
２１ 流量偏差−弁制限開度回路
２２ 過流量設定器
２２ａ 過流量設定値
２３ 減算器
２３ａ 流量偏差
２４ レートリミッタ
２４ａ 正条件値
２４ｂ 負条件値
２４ｃ 条件出力器
２４ｄ レートリミッタ出力信号
２５ 加算器
２６ 入力比較出力器
２７ 掛算器
２７ａ 弁開度補正量
２８ ローリミッタ
２９ａ 高圧ドラム圧力係数
３０ 偏差設定器

Claims (2)

1. 給水ポンプから送られる流体の流量を調節する流量調節弁および前記給水ポンプから吐出される給水流量を測定する流量測定器を有する給水系の過流量を防止するようにした給水ポンプ過流量防止装置において、
   過流量を設定する過流量設定器と、
   前記流量測定器で測定された流量信号と前記過流量設定器の過流量設定値と比較して流量偏差を出力する減算器と、
   流量偏差と弁制限開度とを予め定めておき、前記減算器から入力した流量偏差に見合う弁制限開度信号を出力する流量偏差−弁制限開度回路と、
   前記流量偏差を入力し、当該流量偏差が予め定めた偏差設定値を超えた場合に信号を出力する偏差設定器と、
   前記偏差設定器に応じた条件信号を出力する条件出力手段と、
   前記条件出力手段から入力した条件信号の変化率を制限して出力する変化率制限手段と、
   前記流量偏差−弁制限開度回路から出力された弁制限開度信号と、前記変化率制限手段から出力された信号とを加算する加算手段と、
   前記流量偏差−弁制限開度回路から出力された弁制限開度信号と前記加算手段の出力とを比較して差分を補正弁制限開度信号として出力する入力比較出力手段と、
   前記入力比較出力手段の出力信号に基づいた補正弁制限開度信号を下限値と入力する前記流量調節弁のローリミッタとを備えた給水ポンプ過流量防止装置。
2. 前記変化率制限手段に替えて、積分変位を用いることを特徴とする請求項１記載の給水ポンプ過流量防止装置。

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