JP2011236806A - Steam power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気エネルギーを機械的エネルギー(動力)に変換する蒸気原動機に関する。特に、容積型タービンを備える蒸気原動機に関する。 The present invention relates to a steam prime mover that converts steam energy into mechanical energy (power). In particular, the present invention relates to a steam prime mover including a positive displacement turbine.
一般的な加熱源として蒸気は幅広く活用されているが、システムによっては熱利用されないまま大気放出または復水循環されている場合がある。また、様々な生産プロセスで蒸気が使用される際にも、減圧弁でその蒸気圧が制御されているため減圧時の圧力差エネルギーは有効利用されていない。本願出願人は、これらの未利用蒸気エネルギーを有効利用するため、蒸気エネルギーを機械的エネルギー(動力)として高効率で回収して発電する蒸気発電機を開発している。なお、蒸気エネルギーを機械的エネルギー(動力)として高効率で回収するために、速度型タービンではなく容積型タービンを採用している。 Steam is widely used as a general heating source, but depending on the system, it may be discharged to the atmosphere or condensate circulation without using heat. Also, when steam is used in various production processes, the pressure difference energy at the time of decompression is not effectively used because the steam pressure is controlled by the decompression valve. In order to effectively use these unused steam energy, the applicant of the present application has developed a steam generator that recovers power with high efficiency using steam energy as mechanical energy (power). In order to recover steam energy as mechanical energy (power) with high efficiency, a positive displacement turbine is used instead of a speed turbine.
ここで、蒸気エネルギーを機械的エネルギー(動力)として回収して発電する蒸気発電機に関する技術としては、いずれも速度型タービンを備える蒸気発電機に関するものではあるが、例えば、特許文献1・2に記載された技術がある。 Here, as a technique related to the steam generator that recovers steam energy as mechanical energy (power) and generates electric power, both are related to the steam generator including a speed turbine. There are techniques described.
特許文献1には、緊急停止時に系統負荷から発電機が解列された(電気的に切り離された)ときに、小型蒸気タービン(蒸気原動機)および発電機が過回転速度になることを防止するため、タービン排気側の制御弁15を閉じて排気側圧力を高めるという技術が記載されている。 In Patent Document 1, a small steam turbine (steam prime mover) and a generator are prevented from reaching an overspeed when the generator is disconnected from the system load (electrically disconnected) during an emergency stop. Therefore, a technique is described in which the control valve 15 on the turbine exhaust side is closed to increase the exhaust side pressure.
また、特許文献2には、停止時に、ラジアルタービン(蒸気原動機)が過回転速度になることを防止するため、給気管に残留した蒸気を放風弁17から排出することで給気側圧力を低下させるという技術が記載されている。 Further, in Patent Document 2, in order to prevent the radial turbine (steam prime mover) from becoming an overspeed at the time of stop, the supply side pressure is set by discharging the steam remaining in the supply pipe from the discharge valve 17. The technique of reducing is described.
前記したように、特許文献1・2に記載された技術は、いずれも、現在普及している速度型タービンを備える蒸気発電機に関するものである。一方で、容積型タービンを備える蒸気発電機(蒸気原動機)において以下のような解決すべき課題があることが判明した。 As described above, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 all relate to a steam generator including a speed turbine that is currently widely used. On the other hand, it has been found that a steam generator (steam prime mover) having a positive displacement turbine has the following problems to be solved.
容積型タービンを備える蒸気原動機では、緊急停止時に、タービン上流側に設けられた緊急遮断弁が閉じると、タービンを構成するロータの慣性力によりタービンは一定時間給気を継続する。これにより、緊急遮断弁とタービンとの間の給気管内圧力は低下する。そのため、タービン前後の圧力は、通常運転時には、給気側圧力が排気側圧力よりも高くなっているが、緊急停止時には、両者の圧力が逆転し、通常運転時とは逆向きのスラスト力がロータに作用する。逆向きのスラスト力をロータが受けると、当該ロータが給気側に移動する場合があり、ロータとケーシングとが接触する可能性がある。軸受構造などを見直すことにより、ロータの給気側への移動を防止することは可能ではあろうが、タービン構造の大幅な見直しが必要になる点や、重量面・製造コスト面などから好ましくない。 In a steam prime mover including a positive displacement turbine, when an emergency shut-off valve provided on the upstream side of the turbine is closed during an emergency stop, the turbine continues to supply air for a certain period of time due to the inertial force of the rotor constituting the turbine. Thereby, the pressure in the supply pipe between the emergency shutoff valve and the turbine decreases. For this reason, the pressure before and after the turbine is higher in the supply side pressure than in the exhaust side during normal operation.However, during an emergency stop, both pressures are reversed and a thrust force in the opposite direction to that during normal operation occurs. Acts on the rotor. When the rotor receives a thrust force in the opposite direction, the rotor may move to the supply side, and the rotor and the casing may come into contact with each other. Although it may be possible to prevent the rotor from moving to the supply side by reviewing the bearing structure, etc., it is not preferable because it requires a significant review of the turbine structure, weight, and manufacturing costs. .
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、タービン構造の大幅な見直しをすることなく、緊急停止時に生じる逆向きのスラスト力を抑制することができる機能を備えた蒸気原動機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to provide a function capable of suppressing the reverse thrust force generated at the time of emergency stop without making a major review of the turbine structure. Is to provide a steam prime mover.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、緊急遮断弁と容積型タービンとの間の給気管とタービン下流側に位置する排気管との間を、逆止弁を介して排気戻管で連通させ、緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったときに排気側の蒸気が給気側に戻るようにすることで、タービンが過回転速度になることを防止しつつ、前記課題を解決することができた。この知見に基づき本発明が完成するに至ったのである。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have established a check valve between the air supply pipe between the emergency shutoff valve and the positive displacement turbine and the exhaust pipe located on the downstream side of the turbine. By connecting with the exhaust return pipe and making the steam on the exhaust side return to the supply side when the supply side pressure drops due to the operation of the emergency shut-off valve, the turbine will be at an overspeed. The above-mentioned problems could be solved while preventing. Based on this finding, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、蒸気によって回転駆動される容積型タービンと、前記容積型タービンに接続された給気管および排気管と、前記給気管に取り付けられた緊急遮断弁と、前記緊急遮断弁と前記容積型タービンとの間の前記給気管へ前記排気管から分岐して接続する排気戻管と、前記排気戻管に取り付けられた自動弁と、を備え、前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、前記自動弁が開いて、前記緊急遮断弁と前記容積型タービンとの間の前記給気管へ前記排気管から蒸気が戻されることを特徴とする蒸気原動機である。 That is, the present invention includes a positive displacement turbine that is rotationally driven by steam, an air supply pipe and an exhaust pipe connected to the positive displacement turbine, an emergency shutoff valve attached to the air supply pipe, the emergency shutoff valve, and the An exhaust return pipe branched from the exhaust pipe and connected to the intake pipe between the positive displacement turbine and an automatic valve attached to the exhaust return pipe, and an air supply side is provided by operating the emergency shut-off valve. A steam prime mover characterized in that when the pressure decreases, the automatic valve opens and steam is returned from the exhaust pipe to the air supply pipe between the emergency shutoff valve and the positive displacement turbine. .
この構成によると、緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、緊急遮断弁と容積型タービンとの間の給気管へ蒸気が戻されることで、給気側圧力と排気側圧力との圧力差がほとんどなくなり、逆向きのスラスト力発生を抑制することができる。 According to this configuration, when the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency cutoff valve, the steam is returned to the supply pipe between the emergency cutoff valve and the positive displacement turbine, so that the supply side pressure and the exhaust pressure are reduced. The pressure difference from the side pressure is almost eliminated, and the generation of thrust force in the reverse direction can be suppressed.
また本発明において、前記自動弁は逆止弁であり、前記排気管から分岐する放気管に取り付けられた自動放気弁と、前記自動放気弁の開閉を制御する制御部と、をさらに備え、前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、前記逆止弁が開く前に、前記制御部により前記自動放気弁が開けられて、前記放気管から蒸気が排出されることが好ましい。 In the present invention, the automatic valve is a check valve, and further includes an automatic air release valve attached to an air discharge pipe branched from the exhaust pipe, and a control unit that controls opening and closing of the automatic air release valve. When the air supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve, before the check valve is opened, the automatic release valve is opened by the control unit, and steam is discharged from the discharge pipe. It is preferred that
ここで、排気側圧力が高い場合には、緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、給気側圧力が排気側圧力よりもまだ高い状態であっても、逆向きのスラスト力が生じることがある。 Here, when the exhaust side pressure is high, when the air supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve, the reverse direction is maintained even if the air supply side pressure is still higher than the exhaust side pressure. Thrust force may occur.
この構成によると、逆止弁が開くよりも先に自動放気弁が開いて排気側圧力が低下することで、逆止弁が開く前に生じ得る逆向きのスラスト力発生を防止できる。 According to this configuration, the automatic discharge valve is opened before the check valve is opened and the exhaust side pressure is reduced, so that it is possible to prevent generation of a reverse thrust force that may occur before the check valve is opened.
さらに本発明において、前記容積型タービンはスクリュロータを有することが好ましい。スクリュ式によると、圧力差がそのまま回転力となるためエネルギー変換効率をより高めることができる。 Furthermore, in the present invention, the positive displacement turbine preferably has a screw rotor. According to the screw type, energy conversion efficiency can be further increased because the pressure difference becomes the rotational force as it is.
また本発明は、その第2の態様によれば、蒸気によって回転駆動される容積型タービンと、前記容積型タービンに接続された給気管および排気管と、前記給気管に取り付けられた緊急遮断弁と、前記排気管から分岐する放気管に取り付けられた自動放気弁と、前記自動放気弁の開閉を制御する制御部と、を備え、前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、常に給気側圧力≧排気側圧力となるように、前記制御部により前記自動放気弁が開けられて前記放気管から蒸気が排出されることを特徴とする蒸気原動機である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a positive displacement turbine driven by steam, a supply pipe and an exhaust pipe connected to the positive displacement turbine, and an emergency shutoff valve attached to the supply pipe. And an automatic air release valve attached to an air discharge pipe branched from the exhaust pipe, and a control unit that controls opening and closing of the automatic air release valve, and the supply side pressure is reduced by the operation of the emergency shut-off valve In the steam prime mover, the automatic release valve is opened by the control unit and the steam is discharged from the exhaust pipe so that the supply side pressure is equal to or greater than the exhaust side pressure. is there.
この構成によると、緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、常に給気側圧力≧排気側圧力となるように排気管内の蒸気圧がコントロールされる。これにより、逆向きのスラスト力発生を抑制できる。 According to this configuration, when the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shut-off valve, the vapor pressure in the exhaust pipe is controlled so that the supply side pressure is always equal to or greater than the exhaust side pressure. Thereby, generation | occurrence | production of the thrust force of a reverse direction can be suppressed.
本発明によれば、容積型タービンを備える蒸気原動機において、タービン構造の大幅な見直しをすることなく、緊急停止時に生じる逆向きのスラスト力を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reverse direction thrust force produced at the time of an emergency stop can be suppressed in a steam prime mover provided with a positive displacement turbine, without carrying out the substantial review of a turbine structure.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、発電機を駆動する蒸気原動機として本発明に係る蒸気原動機を例示しているが、本発明に係る蒸気原動機は、例えば圧縮機など、発電機以外の機器を駆動する原動機としても用いることができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the steam prime mover according to the present invention is exemplified as the steam prime mover driving the generator, but the steam prime mover according to the present invention may be used as a prime mover driving a device other than the generator such as a compressor. Can be used.
(蒸気原動機を具備してなる蒸気発電機の構成)
図1に示すように、蒸気発電機1は、容積型タービン2と、容積型タービン2に連結された発電機Gとを主要機器として具備してなる。容積型タービン2および発電機Gは、その他の付属機器(制御盤3など、詳しくは後述する)とともにユニットカバー14内に収められている。蒸気発電機1を構成する複数の機器のうち発電機Gを除く機器群で容積型タービン2を主要機器とする蒸気原動機を構成する。
(Configuration of steam generator with steam prime mover)
As shown in FIG. 1, the steam generator 1 includes a positive displacement turbine 2 and a generator G connected to the positive displacement turbine 2 as main devices. The positive displacement turbine 2 and the generator G are housed in the
容積型タービン2は、一対のスクリュロータ8と、スクリュロータ8を収容するスクリュケーシング9とを有する。スクリュケーシング9には給気管10および排気管11が接続されている。スクリュケーシング9内へ給気管10から蒸気を流すと、蒸気は膨張しながらスクリュロータ8を通過して排気管11から出ていく。
The positive displacement turbine 2 includes a pair of
なお、一対のスクリュロータ8(ダブルロータ)ではなく、1本のスクリュロータ(シングルロータ)を有する容積型タービンであってもよい。本実施形態のようなスクリュ式によると、スクリュロータ前後の圧力差がそのままスクリュロータ8の回転力となるためエネルギー変換効率をより高めることができている。なお、スクリュ式以外の容積型タービンとしては、ロータリー式、スクロール式、ルーツ式などの容積型タービンを挙げることができる。
Note that a positive displacement turbine having a single screw rotor (single rotor) may be used instead of the pair of screw rotors 8 (double rotor). According to the screw type as in the present embodiment, the pressure difference before and after the screw rotor becomes the rotational force of the
給気管10には、緊急遮断弁4が取り付けられている。緊急遮断弁4は、電磁弁を用いることが多いが空気作動弁などであってもよい。緊急遮断弁4と容積型タービン2との間の給気管10には圧力計P1が取り付けられている。圧力計P1は、容積型タービン2の給気圧力を測定するための計器である。
An emergency shutoff valve 4 is attached to the
また、排気管11には、容積型タービン2の出口近くに圧力計P2が取り付けられている。圧力計P2は、容積型タービン2の排気圧力を測定するための計器である。
A pressure gauge P <b> 2 is attached to the
ここで、圧力計P1と容積型タービン2との間の給気管10と、容積型タービン2と圧力計P2との間の排気管11との間は、排気戻管12により接続されている。また、排気戻管12には第1逆止弁5が取り付けられている。第1逆止弁5は、排気管11から給気管10へ蒸気を戻す(給気管10から排気管11へは蒸気を流さない)向きに取り付けられている。容積型タービン2の給気側圧力<容積型タービン2の排気側圧力となると、圧力差で第1逆止弁5が自動で開き、排気側の蒸気が給気側に流れる。この第1逆止弁5は、本発明に係る、排気戻管に取り付けられた自動弁に相当する。
Here, an
なお、排気戻管12において、排気管11からの分岐点は圧力計P2の下流側であってもよい。また、排気戻管12において、給気管10への接続点は圧力計P1の上流側(緊急遮断弁4と圧力計P1との間)であってもよい。
In the exhaust return pipe 12, the branch point from the
排気管11の下流部には第2逆止弁6が取り付けられている。本実施形態では、排気管11の下流端をプロセス機器50に接続している。ここで、プロセス機器50は、蒸気を使用して例えば加熱・殺菌などをするための機器である。様々なプロセス機器50があり、すなわち、プロセス機器50で使用される蒸気圧は、例えば、0.2MPa〜0.9MPaとプロセス機器50によってその使用蒸気圧は様々である。第2逆止弁6は、プロセス機器50からの蒸気の逆流を防止するための弁である。
A second check valve 6 is attached to the downstream portion of the
また、容積型タービン2と第2逆止弁6との間の排気管11から分岐する放気管13が排気管11に設けられ、この放気管13には電磁弁7が取り付けられている。この電磁弁7は、本発明に係る自動放気弁に相当する。なお、自動放気弁として空気作動弁などを用いてもよい。
Further, an
次に、図1に点線で示したように、蒸気発電機1の制御盤3には、圧力計P1および圧力計P2からの信号が入力されている。また、緊急遮断弁4および電磁弁7には、制御盤3からの開閉信号が入力されるようにされている。なお、制御盤3は、本発明に係る制御部に相当する。
Next, as indicated by a dotted line in FIG. 1, signals from the pressure gauge P <b> 1 and the pressure gauge P <b> 2 are input to the
(緊急停止時の制御)
蒸気発電機1を設置している例えば工場内で事故などが発生すると、制御盤3からの信号により、系統負荷(工場内の設備に電力を供給する自家用電力系統)から発電機Gを解列させる(電気的に切り離す)とともに、緊急遮断弁4を閉じて容積型タービン2への蒸気の供給を急ぎ停止する。緊急遮断弁4を閉じるのは、負荷がなくなることによってスクリュロータ8が過回転速度にならないようにするためである。
(Control during emergency stop)
For example, when an accident occurs in the factory where the steam generator 1 is installed, the generator G is disconnected from the system load (the private power system that supplies power to the equipment in the factory) by a signal from the
以下では、通常運転時の排気側圧力が0.2MPa程度の場合と、通常運転時の排気側圧力が0.5MPa程度の場合とに分けて、緊急停止時の蒸気発電機1の制御について説明する。なお、通常運転時の給気側圧力(容積型タービン2に供給される蒸気の圧力)は、例えば、0.8MPa〜2MPa程度である。 Hereinafter, the control of the steam generator 1 at the time of emergency stop will be described separately for a case where the exhaust side pressure during normal operation is about 0.2 MPa and a case where the exhaust side pressure during normal operation is about 0.5 MPa. To do. Note that the supply side pressure during normal operation (the pressure of the steam supplied to the positive displacement turbine 2) is, for example, about 0.8 MPa to 2 MPa.
(排気側圧力が0.2MPa程度と比較的低い場合)
図2は、排気側圧力が0.2MPa程度と比較的低い場合における緊急遮断弁作動時のスクリュロータ回転数、給気側圧力、および排気側圧力の挙動を示すタイムチャートである。図2(a)は、排気戻管12・第1逆止弁5・電磁弁7などが設けられていない従来技術におけるタイムチャートであり、図2(b)は本実施形態の蒸気発電機1におけるタイムチャートである。図2(a)および図2(b)に示したいずれのタイムチャートにおいても時刻T1で緊急遮断弁を閉じたとしている。また、図2に示した給気側圧力は、緊急遮断弁と容積型タービンとの間の給気管内の蒸気圧力(圧力計P1で検出される)であり、排気側圧力は、容積型タービンと第2逆止弁6との間の排気管内の蒸気圧力(圧力計P2で検出される)である。
(When the exhaust side pressure is relatively low at about 0.2 MPa)
FIG. 2 is a time chart showing the behavior of the screw rotor rotation speed, the supply side pressure, and the exhaust side pressure when the emergency shutoff valve is operated when the exhaust side pressure is relatively low at about 0.2 MPa. FIG. 2A is a time chart in the prior art in which the exhaust return pipe 12, the first check valve 5 and the
まず、図2(a)を参照しつつ、従来技術における問題点について説明する。容積型タービンを備える蒸気原動機では、緊急停止時に、タービン上流側に設けられた緊急遮断弁を閉じると、タービンを構成するロータの慣性力によりタービンは一定時間給気を継続する。これにより、図2(a)に示したように、緊急遮断弁とタービンとの間の給気管内圧力は急低下する。そのため、タービン前後の圧力は、通常運転時には、給気側圧力が排気側圧力よりも高くなっているが、緊急停止時には、両者の圧力が逆転し、通常運転時とは逆向きのスラスト力がロータに作用する時間帯がある。逆向きのスラスト力をロータが受けると、当該ロータが給気側に移動する場合があり、ロータとケーシングとが接触する可能性がある。 First, the problems in the prior art will be described with reference to FIG. In a steam prime mover including a positive displacement turbine, when an emergency shut-off valve provided on the upstream side of the turbine is closed during an emergency stop, the turbine continues to supply air for a certain period of time due to the inertial force of the rotor constituting the turbine. Thereby, as shown to Fig.2 (a), the air supply pipe pressure between the emergency shutoff valve and a turbine falls rapidly. For this reason, the pressure before and after the turbine is higher in the supply side pressure than in the exhaust side during normal operation.However, during an emergency stop, both pressures are reversed and a thrust force in the opposite direction to that during normal operation occurs. There is a time zone that acts on the rotor. When the rotor receives a thrust force in the opposite direction, the rotor may move to the supply side, and the rotor and the casing may come into contact with each other.
しかしながら、図2(b)に示したように、本実施形態の蒸気発電機1の場合には、緊急遮断弁4の作動により給気側圧力が低下していったとき、給気側圧力<排気側圧力となった段階で第1逆止弁5が開き、緊急遮断弁4と容積型タービン2との間の給気管10へ排気管11から蒸気が戻る。これにより、給気側圧力と排気側圧力との圧力差がほとんどなくなり、結果として逆向きのスラスト力発生を抑制することができる。すなわち、スクリュロータ8とスクリュケーシング9との接触を防止することができる。また、緊急遮断弁4と容積型タービン2との間の給気管10と排気管11との間を、第1逆止弁5を介して連通させることにより、逆向きのスラスト力発生を抑制でき、本発明によると、軸受部などタービン構造の大幅な見直しを必要としない。
However, as shown in FIG. 2 (b), in the case of the steam generator 1 of the present embodiment, when the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve 4, the supply side pressure < When the exhaust side pressure is reached, the first check valve 5 opens and the steam returns from the
なお、前記したように、緊急遮断弁4の作動により給気側圧力が低下していったとき、給気側圧力<排気側圧力となった段階で第1逆止弁5が差圧により開くので、第1逆止弁5を外部からの信号で開にする、という制御はない。一方、第1逆止弁5(逆止弁)の代わりに電磁弁を排気戻管12に設けてもよい。この場合、例えば、給気側圧力と排気側圧力とが等しくなったタイミングで、制御盤3からの信号により上記電磁弁を開く。これにより、逆向きのスラスト力発生を抑制することができる。給気側圧力のモニタリングは圧力計P1で行い、排気側圧力のモニタリングは圧力計P2で行う。なお、信頼性(故障が少ない)という観点・制御するバルブが少なくてよいという観点などから、電磁弁よりも逆止弁を自動弁として用いることのほうが好ましい。
As described above, when the air supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve 4, the first check valve 5 opens due to the differential pressure when the air supply side pressure <the exhaust side pressure. Therefore, there is no control of opening the first check valve 5 with a signal from the outside. On the other hand, an electromagnetic valve may be provided in the exhaust return pipe 12 instead of the first check valve 5 (check valve). In this case, for example, the solenoid valve is opened by a signal from the
(排気側圧力が0.5MPa程度と比較的高い場合)
図3は、排気側圧力が0.5MPa程度と比較的高い場合における緊急遮断弁作動時のスクリュロータ回転数、給気側圧力、および排気側圧力の挙動を示すタイムチャートである。図3(a)は、排気戻管12・第1逆止弁5・電磁弁7などが設けられていない従来技術におけるタイムチャートであり、図3(b)は本実施形態の蒸気発電機1におけるタイムチャートである。図3(a)および図3(b)に示したいずれのタイムチャートにおいても時刻T1で緊急遮断弁を閉じたとしている。なお、図2と図3との条件の相違は、排気側圧力の値のみである。
(When the exhaust side pressure is relatively high, about 0.5 MPa)
FIG. 3 is a time chart showing the behavior of the screw rotor rotation speed, the supply side pressure, and the exhaust side pressure when the emergency shutoff valve is operated when the exhaust side pressure is relatively high at about 0.5 MPa. FIG. 3A is a time chart in the prior art in which the exhaust return pipe 12, the first check valve 5, the
まず、図3(a)を参照しつつ、従来技術における問題点について説明する。容積型タービンを備える蒸気原動機では、排気側圧力が高い場合に、緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、給気側圧力が排気側圧力よりもまだ高い状態であっても、逆向きのスラスト力が生じることがある。具体的には、図3(a)に示したポイントA(給気側圧力が排気側圧力よりも少し高い)で、逆向きのスラスト力が発生することがある。 First, the problems in the prior art will be described with reference to FIG. In a steam prime mover equipped with a positive displacement turbine, when the exhaust side pressure is high, the supply side pressure is still higher than the exhaust side pressure when the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve. However, a reverse thrust force may occur. Specifically, a reverse thrust force may be generated at point A shown in FIG. 3A (the supply-side pressure is slightly higher than the exhaust-side pressure).
そこで、本実施形態の蒸気発電機1では、制御盤3からの信号により、緊急遮断弁4が閉じた後であって、かつ第1逆止弁5が開くよりも前に電磁弁7を開ける。そして、排気側圧力が例えば0.2MPa程度に低下したら電磁弁7を閉じる。そのときの排気側圧力の変化は、図3(b)に示した通りである。電磁弁7を開けることにより、放気管13から排気管11の蒸気が排出され排気側圧力が低下する。その後は、給気側圧力<排気側圧力となった段階で第1逆止弁5が開くことにより、給気側圧力と排気側圧力との圧力差はほとんど生じず、逆向きのスラスト力は発生しない。
Therefore, in the steam generator 1 of this embodiment, the
本実施形態によると、第1逆止弁5が開くよりも前に電磁弁7を開けて排気側圧力を低下させることで、第1逆止弁5が開く前に生じ得る逆向きのスラスト力発生を防止できる。
According to this embodiment, the reverse thrust force that can be generated before the first check valve 5 is opened by opening the
なお、緊急遮断弁4を閉じるのと同時に電磁弁7を開けると、容積型タービン2前後の差圧が瞬間的に大きくなり、スクリュロータ8の回転速度が過回転速度になる可能性がある。緊急遮断弁4を閉じた後であって、かつ第1逆止弁5が開くよりも前に電磁弁7を開けるのは、スクリュロータ8の回転速度が過回転速度になることを防止するためでもある。排気側圧力が例えば0.2MPa程度に低下したら電磁弁7を閉じるのも、スクリュロータ8の回転速度が過回転速度になることを防止するためである。すなわち、本実施形態によると、緊急停止時に、タービン回転数を必要以上に上昇させることなく、かつ、逆向きのスラスト力の発生を防止しつつタービンを停止させることができる。
If the
前記したように、給気側圧力のモニタリングは圧力計P1で行い、排気側圧力のモニタリングは圧力計P2で行う。第1逆止弁5が開くよりも前に電磁弁7を開けるとは、圧力計P1による検出値と圧力計P2による検出値とが等しくなるよりも前に電磁弁7を開けることを意味する。すなわち、電磁弁7を開けるタイミングにあるか否かは、圧力計P1による検出値と圧力計P2による検出値との差で判断する。よって、圧力計P1による検出値と圧力計P2による検出値との差が所定の閾値にまで低下したら電磁弁7を開ける。
As described above, the supply side pressure is monitored by the pressure gauge P1, and the exhaust side pressure is monitored by the pressure gauge P2. Opening the
(第1変形例)
なお、図1に示した蒸気発電機1(蒸気原動機)において、第1逆止弁5および排気戻管12を省略してもよい。この場合、緊急遮断弁4の作動により給気側圧力が低下していったとき、常に給気側圧力≧排気側圧力となるように、制御盤3からの信号で電磁弁7を開けるとともにその開度制御を行う。具体的には、例えば、圧力計P1による検出値と圧力計P2による検出値との差が所定の閾値にまで低下したら電磁弁7を開け、排気側圧力がゼロになるまで、その閾値(差圧値)を一定に維持するように電磁弁7の開度制御を行う。このときの排気側圧力などの挙動を図4に示した。
(First modification)
In the steam generator 1 (steam prime mover) shown in FIG. 1, the first check valve 5 and the exhaust return pipe 12 may be omitted. In this case, when the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shutoff valve 4, the
なお、必ずしも閾値(差圧値)を一定に維持するように電磁弁7の開度制御を行わなくてもよく、所定の閾値にまで低下して電磁弁7を開けた後は、少なくとも給気側圧力≧排気側圧力の状態を維持することで逆向きのスラスト力発生を抑制することができる。上記したように、閾値(差圧値)をほぼ一定に維持することで、逆向きのスラスト力発生を抑制することができるとともに、スクリュロータ8の回転速度が過回転速度になることをより防止することができる。
Note that it is not always necessary to control the opening degree of the
図1に示した蒸気原動機と、第1逆止弁5および排気戻管12を省略した態様の蒸気原動機(第1変形例)とは、給気側圧力≧排気側圧力の状態を維持するように構成されている、という点で共通している。 The steam prime mover shown in FIG. 1 and the steam prime mover (first modified example) in which the first check valve 5 and the exhaust return pipe 12 are omitted so as to maintain the state of the supply side pressure ≧ the exhaust side pressure. It is common in that it is configured.
(第2変形例)
また、図1に示した蒸気発電機1(蒸気原動機)において、放気管13および電磁弁7(自動放気弁)を省略できる場合もある。排気蒸気の使用条件が、比較的低い条件のみに限られる場合(通常運転時の排気側圧力が0.2MPa程度など比較的低い条件のみに限られる場合)、容積型タービンの構造(吸込体積、吐出体積など)によっては、放気管13および電磁弁7(自動放気弁)を省略してもよい。
(Second modification)
Moreover, in the steam generator 1 (steam prime mover) shown in FIG. 1, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. .
例えば、排気管11の接続先は各種のプロセス機器50に限られるものではなく、煙突などに排気管11を接続してもよい。
For example, the connection destination of the
1:蒸気発電機
2:容積型タービン(スクリュ式)
3:制御盤(制御部)
4:緊急遮断弁
5:第1逆止弁(自動弁)
7:電磁弁(自動放気弁)
8:スクリュロータ
9:スクリュケーシング
10:給気管
11:排気管
12:排気戻管
13:放気管
G:発電機
1: Steam generator 2: Positive displacement turbine (screw type)
3: Control panel (control unit)
4: Emergency shut-off valve 5: First check valve (automatic valve)
7: Solenoid valve (automatic air release valve)
8: Screw rotor 9: Screw casing 10: Supply pipe 11: Exhaust pipe 12: Exhaust return pipe 13: Exhaust pipe G: Generator
Claims (4)
前記容積型タービンに接続された給気管および排気管と、
前記給気管に取り付けられた緊急遮断弁と、
前記緊急遮断弁と前記容積型タービンとの間の前記給気管へ前記排気管から分岐して接続する排気戻管と、
前記排気戻管に取り付けられた自動弁と、
を備え、
前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、前記自動弁が開いて、前記緊急遮断弁と前記容積型タービンとの間の前記給気管へ前記排気管から蒸気が戻されることを特徴とする、蒸気原動機。 A positive displacement turbine that is rotationally driven by steam;
An intake pipe and an exhaust pipe connected to the positive displacement turbine;
An emergency shut-off valve attached to the air supply pipe;
An exhaust return pipe branched from the exhaust pipe and connected to the air supply pipe between the emergency shutoff valve and the positive displacement turbine;
An automatic valve attached to the exhaust return pipe;
With
When the supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shut-off valve, the automatic valve opens and steam is returned from the exhaust pipe to the supply pipe between the emergency shut-off valve and the positive displacement turbine. Steam prime mover, characterized by
前記自動弁は逆止弁であり、
前記排気管から分岐する放気管に取り付けられた自動放気弁と、
前記自動放気弁の開閉を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、前記逆止弁が開く前に、前記制御部により前記自動放気弁が開けられて、前記放気管から蒸気が排出されることを特徴とする、蒸気原動機。 The steam generator according to claim 1,
The automatic valve is a check valve;
An automatic air release valve attached to an air discharge pipe branched from the exhaust pipe;
A control unit for controlling opening and closing of the automatic air release valve;
Further comprising
When the air supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shut-off valve, the automatic release valve is opened by the control unit before the check valve is opened, and steam is discharged from the discharge pipe. A steam prime mover characterized by
前記容積型タービンに接続された給気管および排気管と、
前記給気管に取り付けられた緊急遮断弁と、
前記排気管から分岐する放気管に取り付けられた自動放気弁と、
前記自動放気弁の開閉を制御する制御部と、
を備え、
前記緊急遮断弁の作動により給気側圧力が低下していったとき、常に給気側圧力≧排気側圧力となるように、前記制御部により前記自動放気弁が開けられて前記放気管から蒸気が排出されることを特徴とする、蒸気原動機。 A positive displacement turbine that is rotationally driven by steam;
An intake pipe and an exhaust pipe connected to the positive displacement turbine;
An emergency shut-off valve attached to the air supply pipe;
An automatic air release valve attached to an air discharge pipe branched from the exhaust pipe;
A control unit for controlling opening and closing of the automatic air release valve;
With
When the air supply side pressure decreases due to the operation of the emergency shut-off valve, the control unit opens the automatic air release valve so that the air supply side pressure is equal to or greater than the exhaust side pressure. Steam prime mover characterized in that steam is discharged.
前記容積型タービンはスクリュロータを有することを特徴とする、蒸気原動機。 The steam motor according to any one of claims 1 to 3,
The positive displacement turbine has a screw rotor, and is a steam prime mover.
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