JP2557549B2 - サーボ弁異常診断装置 - Google Patents

サーボ弁異常診断装置

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JP2557549B2 JP2097677A JP9767790A JP2557549B2 JP 2557549 B2 JP2557549 B2 JP 2557549B2 JP 2097677 A JP2097677 A JP 2097677A JP 9767790 A JP9767790 A JP 9767790A JP 2557549 B2 JP2557549 B2 JP 2557549B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は特に蒸気タービンシステムの弁駆動装置の重
要な部品であるサーボ弁異常診断装置に関する。
(従来の技術) 蒸気タービンの主要蒸気弁駆動装置の代表的な電気油
圧式調速装置の制御系統を第6図に示す。同図におい
て、蒸気加減弁等の蒸気弁11の弁駆動装置は、油圧シリ
ンダー1、サーボ弁2、しゃ断弁3、急速作動電磁弁4
および弁開度検出器5等から構成されている。2cは油圧
シリンダ側ポート、2pは給油側ポート、2Rはドレンポー
ト、9は入力信号、10は制御油、14はドレン油である。
この蒸気加減弁サーボ系統を第7図に示す弁駆動装置
廻りの制御ブロック図を参照してその動作を説明すると
以下のようになる。すなわち、弁開度要求装置からの弁
開度要求信号6は加算器7a,7bを経て増幅器8に入力さ
れる。増幅器8での出力信号(サーボ弁2への入力信
号)9は微少電流であり、この電流により図示しないサ
ーボ弁のトルクモータを動かしてサーボ弁2の油給油ラ
イン、排出ライン等を切り替える。
サーボ弁2への入力信号9とサーボ弁通過流量との特
性(流量ゲイン図)を第8図に示すが、例えば入力信号
9が(+)側に印加されると、制御油10はしゃ断弁3,給
油側ポート2Pを経て油圧シリンダ側ポート2cに流れ込
む。この流れ込む油量は入力信号レベルにほぼ比例して
ある一定の値にて飽和する。
油圧シリンダー1は流入してきた油により押し上げら
れる。すなわち蒸気弁11を開方向に導びくが、油圧シリ
ンダー1の位置は弁開度検出器5により常に検出されて
おり、フィードバック信号12が加算器7bに入力される。
このため増幅器8への開度偏差信号13は“ゼロ”レベル
となる。そしてサーボ弁入力信号9も又“ゼロ”となり
一連の動きを停止させることになる。
開度要求信号6のレベルが低下した場合、上記説明と
は逆に開度偏差信号13、サーボ弁入力信号9いずれも
(−)側になるために、サーボ弁2は給油側ポート2Pを
塞ぎ、サーボ弁2の油圧シリンダ側ポート2cとドレンポ
ート2Rを開口するために、油圧シリンダー1下部の圧力
油はドレンポート2Rを経てドレン油14化される。また蒸
気弁11は閉方向に導びかれ、この動さはフィードバック
信号12のレベルを変化させ、再び変化した開度要求信号
6のレベルに見合った位置にて整定し、一連の動きを停
止する。
さて第8図はサーボ弁2の入力信号9の信号レベルに
対する流量特性を示した特性図であるが、入力信号9の
信号レベルが“ゼロ”において油圧シリンダ側ポート2c
よりドレンポート2R側へある一定量QOが流れるように調
製されている。このQOはヌルバイアスと呼ばれるもので
ありサーボ弁2の定格流量(QR)に対して数%が一般的
な値である。サーボ弁2にヌルバイアスQOを設定する理
由はサーボ弁2への入力信号9が例えばサーボ弁への信
号ケーブルが損傷したり、あるいは増幅器8が異常とな
って信号出力が不可能となった場合、すなわち蒸気弁11
の制御不能な状態に落ち入った場合、サーボ弁2の油圧
シリンダ側ポート2cをドレンポート2Rに開放し、弁を強
制的に閉鎖させようとするものである。なお、第6図に
示すように、弁テスト時には弁テストスイッチ15の開閉
により定数16を積分器7で積分した種々の値を加算器7a
に入力して弁状態をテストするものである。
(発明が解決しようとする課題) このように蒸気タービンのような信頼性が要求される
機器においては、事故時安全に停止できるフェイルセー
フ機能を有することが必要であり、このためサーボ弁の
ヌルバイアス調整は非常に重要なものとなる。サーボ弁
のヌルバイアスの重要性については上記した通りである
が、ヌルバイアスは(1)制御油ラインの異物の詰り、
(2)サーボ弁弁内部部品(例えば噴射管)の経年的変
形、(3)サーボスプール部等のエロージョン、(4)
内部摺動部品の異物の噛み込み等によって設定値より外
れることがある。
しかしながら、第7図に示すように弁位置制御回路が
閉ループ制御であるためにサーボ弁2に僅かな異常が発
生したとしても自動的に補正され発見が遅れる傾向にあ
る。ヌルバイアスのズレが極端な場合は入力信号9がゼ
ロとなっても給油側ポートよりドレンポートに切り替わ
らないために弁は全閉のままであったり、サーボ弁2に
定格電流を流し最大流量を確保しようとしても確保でき
ず、弁の開閉速度が十分得られない等の技術的問題を発
生する。
従がって従来技術においてはサーボ弁を定期的に油圧
シリンダーより取り外しサーボ弁単体にてヌルバイアス
量を確認し、設計値より外れた場合は再調整して使用し
てきたが、この方法はヌルバイアス量がズレているサー
ボ弁を運転中に使用している可能性もあり、信頼性の点
で問題を残すものである。
本発明の目的は、運転中において機器に取付けたまま
の状態でサーボ弁のヌルバイアス量を簡易的に測定し、
さらに正常かどうかを判断するサーボ弁などの弁異常診
断装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明のサーボ弁異常診断装置は、加算器と増幅器と
サーボ弁と油圧シリンダと弁開度検出器より構成される
弁位置制御回路の前記加算器に入力される弁開度要求信
号を、当該弁位置制御回路で制御して前記サーボ弁を駆
動するターボ弁駆動装置において、前記加算器に弁テス
トスイッチを介してテスト用弁開度信号を入力する開閉
方向用テスト関数発生器と、前記サーボ弁に入力する入
力電流を測定する入力電流測定器と、この入力電流測定
器よる測定信号を平均化してサーボ弁ヌルバイアス電流
値を算出するヌルバイアス平均化回路と、このヌルバイ
アス平均化回路の出力電流値と予め設定されたヌルバイ
アス設定値とを比較演算して警報を発する警報発生器と
を設けたことを特徴とするものである。
(作 用) 本発明においては、定期的に弁開閉試験を利用して弁
の動作異常の有無を確認することができるとともに、従
来のサーボ弁単体でのヌルバイアス量測定および異常診
断をサーボ弁を駆動系から取り外すことなくして実施す
ることができる。さらにサーボ弁のヌルバイアス量変化
特性を経時的に把握したり、あるいは予備品などを先行
して準備することがなくなり、信頼性の向上に大きく寄
与する。
(実施例) 以下本発明を第1図に示す一実施例を参照して説明す
る。第1図において第6図および第7図と同一符号は同
一部分を示すものであるからその説明を省略する。
第1図において、従来の第7図の制御系に対して本発
明で付加した構成要素は、弁テスト時の開閉方向用弁テ
スト関数発生器20a,20b、弁テストスイッチ15、弁開度
要求信号6との加算器7a、フィードバック信号12を入力
信号とし、あるタイミングにてサーボ弁2への微少電流
を測定するサーボ弁入力電流測定器21、開閉方向のサー
ボ弁ヌルバイアス電流平均値を算出するヌルバイアス平
均化回路22、ヌルバイアス設定値23と比較するための加
算器24、ヌルバイアス設定値23との差がある基準値を超
えた場合警報を発生する警報発生器25である。
本発明におけるサーボ弁2のヌルバイアス量は厳密に
は流量を基本とするものであるが、サーボ弁2の入力電
流値と比例関係にあり、又弁駆動装置をある一定開度に
保持する場合、サーボ弁より弁駆動装置側への油量はほ
ぼ“ゼロ”に等しく、その時のサーボ弁への入力電流が
ヌルバイアス値となることを応用したものである。又弁
駆動装置は通常運転時ある一定開度に保持するような運
転状態を造り出すことは不可能に近いが、従来より弁の
開閉状況を定期的に調査する弁テスト時にある一定開度
を保持することは比較的容易に受け入れられることを考
慮したものである。
開閉方向用テスト関数発生器20a,20bは、第4図に示
すように横軸を時間(t)、縦軸を弁開度信号(l)と
する関数発生器であり、弁テストスイッチの切替えによ
り弁開度要求信号6との加算により信号を出力する。尚
任意の弁開度(α)%にてΔt時間度が保持されるよう
関数値が工夫されている。
サーボ弁入力電流測定器21は弁閉方向α%開度および
弁開方向α%開度時(弁フィードバック信号12にて判断
する。)サーボ弁2への入力信号9の入力電流を測定し
ヌルバイアス平均化回路22にその値を出力する機能を有
するものである。第2図はサーボ弁2の流量ゲイン特性
図(第8図)と共に重要な特性図である圧力ゲイン特性
図を示めすものである。第2図においてサーボ弁2への
入力信号9が(−)側より(+)側に増加した場合i1
入力電流において、第6図のサーボ弁2の給油側ポート
2Pより油圧シリンダー側ポート2cへの油の流れ込みがあ
ることを、又入力信号9が(+)側より(−)側に減少
した場合i2の入力信号において油圧シリンダ側ポート2c
よりドレンポート2Rへの油の流れ込みが各々あることを
示めしているものである。
この第2図において、弁開度をある一定開度に保持し
た場合は油圧シリンダーへの油の流出入はないことよ
り、サーボ弁への入力電流もi1又i2となっている。すな
わちサーボ弁のヌルバイアス量に相当する電流でありこ
の電流値をヌルバイアス平均化回路22に送信することに
なる。
ヌルバイアス平均化回路22ではi=(i1+i2)/2を計
算し、さらにサーボ弁の定格電流値(iR)との比K=i/
iRを加算器24へ出力する。ヌルバイアス設定値23では初
期(正常)状態でのヌルバイアス量KRが設定されてお
り、加算器24では結局のところ(K−KR)が計算され
る。警報発生器25ではこの値がある範囲を超えた場合異
常信号を運転員,計算器等の外部に出力することにな
る。
次にこのように構成された本発明の弁異常診断装置の
作動を第3図に示すサーボ弁異常診断装置機能説明流れ
図および第1図によって説明する。
定期的に行なわれる弁開閉テスト時に運転員は、第1
図の弁テストスイッチ15を中間位置(C)より閉方向用
弁テスト関数発生器20aに切替る。このため第4図に示
すように弁開度要求信号6は一定であるが、加算器7aの
後の要求信号は時間と共に減少し、時刻T1には一定な開
度(6−α)%の位置に達する。
この時点において第2図におけるサーボ弁2の閉方向
ヌルバイアス量相当入力電流i1を測定するようサーボ弁
入力電流測定器21が作用し、その値をヌルバイアス平均
化回路22へ送信する。測定完了後(Δt後)に再び弁は
閉方向用弁テスト関数発生器20aの出力信号が増加する
ために一定速度にて第4図の閉まり時刻T2時に全閉とな
る。
運転員は弁全閉状態より第4図の時刻T3に弁テストス
イッチ15を開方向用弁テスト関数発生器20b側に切替え
る。このため加算器7a後の開度要求信号は時間と共に増
加して時刻T4には一定な弁開度(6−α)%の位置に達
する。
この時点において第2図のサーボ弁2の開方向ヌルバ
イアス量相当入力電流i1を測定するようサーボ弁入力電
流測定器21が作用し、その値をヌルバイアス平均化回路
22へ送信する。第4図における測定完了後(Δt後)に
再び弁は、開方向用弁テスト関数発生器20b出力信号が
減少するために、一定速度にて開き時刻T5時に通常弁開
度位置に戻る。
一方第2図の閉方向ヌルバイアス入力電流i1および開
方向ヌルバイアス入力電流i2を入力したヌルバイアス平
均化回路22では、i=(i1+i2)/2が算出され、さらに
サーボ弁2の定格電流値iRとの比K=i/iRが計算され
る。このKとヌルバイアス設定値23(KB)とが比較演算
され、|K−KB|がある範囲(β)を超える場合、すなわ
ち第5図にて示す斜視領域以外の流量ゲイン特性(線l1
と線l2とで示す区画)となっている場合サーボ弁ヌルバ
イアス値が異常と判断されて警報を発することになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によると、運転員は定例
的に行われている弁開閉試験を利用して弁の異常の有無
を確認することができると共に、従来定検時等を利用し
て行ってきたサーボ弁単体でのヌルバイアス量測定及び
異常診断をサーボ弁を駆動装置から取り外すことなくし
て実施することが可能となった。さらにはサーボ弁のヌ
ルバイアス量変化特性を経時的に把握したりあるいは予
備品等を先行して準備する等が可能となるので、信頼性
向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のサーボ弁異常診断装置の一実施例を示
す制御ブロック構成図、第2図はサーボ弁の圧力ゲイン
特性図、第3図は本発明の機能を証明するためのフロー
チャート図、第4図は弁開閉テスト時の弁開度操作説明
図、第5図はサーボ弁ヌルバイアス異常時の流量ゲイン
特性図、第6図は一般的な蒸気加減弁サーボ系統図、第
7図は従来のサーボ弁駆動装置を示す制御ブロック図、
第8図はサーボ弁流量ゲイン特性図である。 1……油圧シリンダ、2……サーボ弁 3……遮断弁、4……急速作動電磁弁 5……弁開度検出器、6……弁開度要求信号 7……加算器、8……増幅器 9……サーボ弁入力信号、10……制御油 11……蒸気弁、12……フィードバック信号 13……開度偏差信号、14……ドレン油 15……弁テストスイッチ 20a……閉方向用弁テスト関数発生器 20b……開方向用弁テスト関数発生器 21……サーボ弁入力電流測定器 22……ヌルバイアス平均化回路 23……ヌルバイアス設定値、24……加算器 25……警報発生器、2P……給油側ポート 2c……油圧シリンダ側ポート、2R……ドレンポート

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加算器と増幅器とサーボ弁と油圧シリンダ
    と弁開度検出器より構成される弁位置制御回路の前記加
    算器に入力される弁開度要求信号を、当該弁位置制御回
    路で制御して前記サーボ弁を駆動するサーボ弁駆動装置
    において、前記加算器に弁テストスイッチを介してテス
    ト用弁開度信号を入力する開閉方向用テスト関数発生器
    と、前記サーボ弁に入力する入力電流を測定する入力電
    流測定器と、この入力電流測定器よる測定信号を平均化
    してサーボ弁ヌルバイアス電流値を算出するヌルバイア
    ス平均化回路と、このヌルバイアス平均化回路の出力電
    流値と予め設定されたヌルバイアス設定値とを比較演算
    して警報を発する警報発生器とを設けたことを特徴とす
    るサーボ弁異常診断装置。
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