JP2585204B2 - 給水ポンプ再循環弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動手段で駆動される
給水ポンプの吐出側から導設された再循環系統の再循環
弁を制御する給水ポンプ再循環弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラに水を供給するボイラ給水ポンプ
は高圧ポンプであるため、締切り運転されると損失動力
によりポンプ内の水が加熱されてオーバーヒートする。
これを防止するため、通常、給水ポンプの吐出側からデ
アレータ等の脱気による脱酸素と給水の加熱／貯留機能
とを備えたタンクへの再循環系統を導設し、この系統に
再循環弁を設けている。この再循環弁を常時開いた状態
にしておくと、給水ポンプがそれだけ無駄な動力を消費
し、ボイラを含むプラント全体の効率を低下させること
になる。このため、例えば船舶において推進用に蒸気タ
ービン（以下単に「主機」という）を備えたプラントで
は、通常、再循環弁を全開又は全閉動作のみを行うオン
／オフ式のピストン弁とし、主機出力によってピストン
弁をオン／オフさせるようにしている。即ち、主機出力
が低くなると、ボイラ蒸発量が低下し給水量が減少する
ので、締切運転又はそれに近い運転状態を回避するた
め、ピストン弁を開いて再循環水を流し、必要なポンプ
吐出量を確保するようにしている。

【０００３】しかしながら、このように再循環弁をオン
／オフさせると、給水ポンプの吐出量が急変するため、
プラントの運転状態が不安定になる。例えば再循環弁が
急に全開すると、給水ポンプを駆動する手段例えば蒸気
タービンのガバナ動作の追従遅れにより、給水圧力が急
に低下し、給水ポンプが故障していないにもかかわら
ず、給水圧力低下の警報が作動したり、タービンの負荷
も急激に変化することからタービン排気側の蒸気系統も
不安定になる。又、予備給水ポンプが自動起動する等の
不具合が発生することがあった。又、このピストン開閉
式再循環弁は、ポンプ締切運転時に必要な給水量を確保
するように設計されるので、ボイラへの給水流量が相当
量あるときに再循環弁が全開すると、給水ポンプの吐出
量が不必要に多くなり、それだけプラント効率を低下さ
せることになる。

【０００４】再循環弁を開閉する他の方法としては、例
えば給水流量を検出し、それに対応して再循環弁の開度
を制御する方法がある。この場合、火力発電プラントの
給水ポンプにおいて、ポンプの回転数によって再循環弁
の開度を補正するようにした制御方法も提案されている
（特開昭５３−１４６００３号公報参照）。しかしなが
ら、これらの方法では、高圧の給水ラインに給水流量検
出器を設けなければならないので、再循環弁制御装置が
コスト高になる。又、給水流量は変動し易く、直接これ
を検出して再循環弁を制御すると、その変動が直接再循
環弁の開度を変動させるので、再循環弁がハンチングし
易く、又プラントの安定性上からも好ましくない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、プラントの安定性が確保され、
プラント効率が向上し、信頼性が高く又経済的な給水ポ
ンプ再循環弁制御装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、駆動手段で駆動される
給水ポンプの吐出側から導設された再循環系の再循環弁
を制御する給水ポンプ再循環弁制御装置において、前記
駆動手段の出力に対応した値を検出する検出手段と、該
検出手段で検出した前記値を入力して該値に対応して前
記再循環弁の開度を定める演算手段と、を有することを
特徴とし、請求項２の発明は、上記に加えて、前記値を
入力する時間を遅らせる入力時間遅延手段を有すること
を特徴とし、請求項３の発明は、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記演算手段で演算した演算値を時間を遅ら
せて出力させる出力時間遅延手段を有することを特徴と
する。

【０００７】

【作用】ボイラプラントでは、ボイラの給水加減弁の開
度が変化することにより給水流量が変化する。給水流量
が変化すれば、給水ポンプの負荷が変化するので、給水
ポンプの駆動手段は、この負荷とバランスするようにそ
の出力を変化させる。請求項１の発明によれば、再循環
弁制御のための検出手段は給水ポンプ駆動手段の出力に
対応した値を検出するので、上記の関係から、間接的に
給水流量を検出していることになる。従って、給水流量
に間接的に対応させて再循環弁の開度制御をすることが
できる。

【０００８】駆動手段の出力に対応した値としては、給
水ポンプの駆動手段が蒸気タービンである場合には、そ
のガバナバルブの開度や、これを通過した後の蒸気室の
圧力等がある。又駆動手段が電動モータである場合に
は、その入出力電力や電流が駆動手段の出力に対応した
値に相当する。このような値の検出は、高圧の給水流量
を検出するよりも容易である。従って、検出手段も信頼
性が高く経済的である。又、このような駆動手段の出力
対応値は、給水流量の変化に対して時間差を持って変化
するので、直接給水流量を検出するよりも、再循環弁制
御信号として緩やかな出力となる。従って、再循環弁の
動作やプラント運転状態を安定性確保の点で好都合であ
る。

【０００９】演算手段は、このような検出手段で検出し
た値を入力してこれに対応して再循環弁の開度を定める
ので、結局給水流量に間接的に対応して再循環弁の開度
を制御できることになる。従って、給水を不必要に再循
環させ、プラント効率を低下させることがない。

【００１０】請求項２又は３の発明によれば、駆動手段
の出力に対応した値を入力する時間を遅らせる入力時間
遅延手段又は演算手段で演算した演算値を時間を遅らせ
て出力させる出力時間遅延手段を設けるので、再循環弁
の動作が一層緩やかになり、プラントの運転状態が急変
せず、安定性を維持することができる。ボイラ圧力やポ
ンプ性能等によって定まる給水ポンプ締切運転の許容時
間が十分あり、再循環弁の時間遅れ動作が可能な場合に
は、このような遅延手段の双方を設けることが望まし
い。

【００１１】

【実施例】図１は給水ポンプ再循環弁制御装置でポンプ
の駆動手段に蒸気タービンを用いた場合の実施例の全体
構成を示す。本制御装置は、駆動手段としての蒸気ター
ビン１で駆動される給水ポンプ２の吐出側から導設され
た再循環系３の再循環弁４を制御する。蒸気タービン１
には、例えば図示しないボイラから過熱蒸気又は緩熱蒸
気もしくは図示しない船舶の推進用のタービンや発電所
の蒸気タービン等の抽気蒸気が供給される。その排気
は、図示しないデアレータ等の給水加熱器や復水器に導
かれる。給水ポンプ２は、デアレータ等の給水貯留タン
クから給水を吸入し、通常図示しない給水加減弁を経由
してボイラに送られる。

【００１２】この制御装置は、駆動手段の出力に対応し
た値を検出する検出手段として蒸気タービン１の蒸気室
１ａの圧力を検出して電気信号に変換する圧力変換器５
と、この電気信号を入力してこれに対応して再循環弁４
の開度を定める演算手段としての演算部６とを有する。
この演算部６には、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル変換され
た出力が入れられる。又、演算部６で演算された信号は
Ｄ／Ａ変換器１０へ出力される。本実施例では、検出量
を演算部６へ入力する時間を遅らせる入力時間遅延手段
としての１次遅れ制御部８と、演算部６で演算した演算
値を時間を遅らせて出力させる出力時間遅延手段として
の１次遅れ制御部９とが設けられている。このような時
間遅れで演算され出力された再循環弁４の開度信号は、
Ｄ／Ａ変換器１０で再びアナログ信号に変換され、Ｅ／
Ｐ変換器１１で空気信号に変換され、再循環弁４の空気
作動部（ニューマチックアクチュエータ）４ａに出力さ
れる。

【００１３】Ａ／Ｄ変換器７と１次遅れ制御部８との間
には、再循環弁４を手動で操作できるように手動操作ス
イッチ部を介在させたり、船舶用プラントの場合に主機
タービントリップ時等にオープンになるスイッチを追加
してもよい。１次遅れ制御部８では、図示の如く検出し
た蒸気室圧力信号を時間をかけて出力する。従って、例
えばボイラの給水加減弁の開度が何らかの理由で急に減
少し、給水流量が瞬間的に減少し、給水ポンプタービン
の図示しないガバナが作動してガバナ弁が閉方向に動作
して蒸気室の圧力が低下しても、瞬時にその信号が出力
されないので、再循環弁４は急に全開にはならない。そ
して、短時間に給水加減弁の開度が回復すると、給水流
量が復帰し、蒸気室圧力も上がってくる。蒸気室圧力を
検出する場合には、直接給水流量を検出する場合に較べ
て時間遅れ要素が存在するが、このように時間遅れ出力
をすると、再循環弁の動作やプラントの運転状態の急変
が回避され、一層安定した運転が確保される。

【００１４】演算部６は、図示の如く、蒸気室圧力に対
応してポンプ負荷を演算するポンプ負荷演算部６ａと、
ポンプ負荷に対応して再循環弁開度を定める開度演算部
６ｂとを有する。蒸気室圧力とポンプ負荷との関係は、
ポンプの運転結果や計算によって予め図示のようなカー
ブとして作成し、演算部に記憶させておく。ポンプ負荷
は、タービンとポンプとが直結されている場合にはター
ビン出力と同じであり、この間に減速機等が介在すれ
ば、その損失分だけタービン出力が大きくなる。又、通
常、タービン入口／出口の蒸気条件はそれ程大きく変化
しないから、蒸気室圧力によって排圧までの利用できる
全熱量が定まる。従って、ノズル効率やタービン効率等
を考慮すれば、蒸気室圧力に対応したタービン出力を計
算することができる。そして、上記のポンプ負荷とター
ビン出力の関係及びタービン出力と蒸気室圧力の関係か
ら、図示のような蒸気室圧力に対するポンプ負荷の曲線
を計算等で求めることができる。なお、これらの関係が
線型に近ければ、カーブを読み取らせることなく、数式
で計算させるようにしてもよい。

【００１５】再循環弁の開度は、最終的にはポンプ吐出
量によって定められるべきである。図２は、ポンプ流量
とポンプ揚程及びポンプ負荷との関係の一例を示し、丸
印及び三角印は、それぞれ定圧ガバナ制御及び定速ガバ
ナ制御の場合である。図示の如く、何れの場合にも、ポ
ンプ流量とポンプ負荷とは一定の関係で変化する。例え
ば、定圧ガバナの場合に、ポンプの締切運転時の負荷を
０％とし、１００％の定格流量時の負荷を１００％とす
れば、ポンプ流量が３５％程度のときにはポンプ負荷は
４０％程度になる。従って、図１に示す如く、例えばタ
ービン負荷５％以下で再循環弁開度を１００％にし、４
０％程度で０％とし、その間を直線的開度にすれば、ボ
イラへ送られる給水流量が３５％程度以下になると再循
環弁の開度信号が出始め、これから給水量が減少してポ
ンプ負荷が小さくなるに連れて大きな開度信号が出され
る。その結果、全ての運転状態においてほぼ必要十分な
再循環量を確保できる。このようなポンプ特性を予め把
握しておき、図１の開度演算部６ｂに示すようなポンプ
負荷に対する再循環弁の開度曲線を決定し、これを記憶
させておく。

【００１６】１次遅れ制御部９では、演算部６で得られ
た再循環弁開度を時間を遅らせて出力する。即ち、例え
ば演算部６で演算して１００％開度を出力する場合で
も、一定の時間をかけて１００％出力まで持って行く。
この場合、図示の如く、閉動作の信号の時間遅れを大き
くし、開動作の信号は比較的早く上げて行くことが望ま
しい。

【００１７】このように１次遅れ制御部８、９を設ける
と、再循環弁開度が急変することがなく、プラントの安
定性が極めて良好になる。一方、給水ポンプを締切運転
しても、例えば１分程度の時間であればオーバーヒート
の問題がない場合が多いので、上記のような時間遅れ制
御が可能になる。又、演算部６の例では、例えばポンプ
負荷が５％になれば再循環弁開度１００％を出力するの
で、時間遅れを設けず再循環弁を急速に全開させる場合
には、ポンプで吐出する給水量が急増し、ガバナが作動
して蒸気室圧力が急上昇し、今度は再循環弁が閉まるよ
うな動作が行われ、再循環弁がハンチングする可能性が
ある。本実施例の如く１次遅れ制御部８、９で時間遅れ
制御をすれば、このような現象を防止することができ
る。

【００１８】図３は、本発明の再循環弁制御をした場合
における再循環弁が開くときのポンプ及びタービン負荷
の変化例を示す。給水ポンプタービンが定圧ガバナで制
御される場合について説明する。再循環弁が開き始める
直前のポンプの運転状態をＡとすれば、ボイラの給水加
減弁が閉じる方向に動いて給水流量が減少すると、運転
状態はまずＱ−Ｈカーブ上でＢ点に移動し、ポンプ流量
が減少する。これによりポンプの吐出圧力が高くなるの
で、ガバナが作動してガバナバルブが閉じる方向に動
く。その結果、蒸気流量が減少して蒸気室圧力が低下
し、ノズル及びタービンへ流れる蒸気量が減少し、ター
ビン出力がＣ点まで下がると共にポンプの回転速度が低
下し、ポンプの運転状態がＣ点に移行する。このとき、
ポンプ出力とタービン出力とがバランスする。

【００１９】蒸気室圧力が下がると再循環弁が開くの
で、ポンプの運転状態は、そのときの再循環量の設定に
より、例えば低下した回転速度においてＡ点と同じポン
プ流量の位置Ｄ点へ移動する。この点では、ポンプの吐
出圧力が下がっているので、再びガバナが作動し、ポン
プの回転速度が上がって再びＡ点まで移動し、タービン
出力とポンプ出力とがバランスする。従って、この例で
は、再循環弁が開いても、ポンプ及びタービン出力は増
加しない。

【００２０】一方、図において点線で示す如く、従来の
ように再循環弁がピストン弁でＡ点で全開するとすれ
ば、ポンプの運転状態はＥ点を経由してＦ点に移動し、
ポンプ及びタービン出力はＦ点でバランスする。その結
果、本発明による再循環弁制御と従来の制御とでは、図
示の如くタービン出力にΔＨの差を生ずる。定速ガバナ
の場合にも、ΔＨよりは少なくなるが同様に差が生ず
る。従って、本発明によれば、再循環弁が開くようなプ
ラントの運転状態において、従来よりも給水ポンプのタ
ービン出力を低減し、プラント効率を改善することがで
きる。

【００２１】以上では、給水ポンプがタービン駆動であ
り、出力に対応した量がタービンの蒸気室圧力である場
合の例を示した。出力対応量としては、この他にガバナ
バルブの開閉リフトや、蒸気室圧力と排圧との差圧等を
用いることもできる。この場合にも、図１に示すような
演算部と時間遅れによる制御が可能である。更に、給水
ポンプがモータ駆動の場合には、蒸気室圧力に代えてモ
ータに供給される電力や電流を用いて、同様に図１に示
す制御を行うことができる。モータ駆動の場合には、定
速ガバナ運転に近くなるが、ガバナが介在しないため、
給水流量が変動してポンプ負荷が変動したときにほぼ瞬
時に電力や電流が変化する。従って、特に１次遅れ制御
部８、９を設けることが望ましい。

【００２２】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、給水ポンプ駆動手段の出力に対応した
値を検出し、これに対応して演算手段で再循環弁の開度
を定めるので、再循環弁をオン／オフ制御したり、又変
動し易い給水流量で制御するよりも、プラントの安定性
が得られる。又、不必要に再循環弁を全開させないの
で、プラント効率が良くなる。更に、検出手段の信頼性
が高く経済的であり、給水ポンプ再循環弁制御装置のコ
スト低減を図ることができる。請求項２及び３の発明に
よれば、演算手段への入出力信号に時間遅れ要素を介在
させるので、一層プラントの運転状態の安定化が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】給水ポンプ再循環弁制御装置の実施例の全体構
成を示す説明図である。

【図２】給水ポンプの流量に対するポンプ揚程及びポン
プ負荷の関係を示す曲線図である。

【図３】再循環弁開閉時の運転状態の説明図である。

【符号の説明】

１ 蒸気タービン（駆動手段） ２ 給水ポンプ ３ 再循環系統 ４ 再循環弁 ５ 圧力変換器（検出手段） ６ 演算部（演算手段） ６ａ ポンプ負荷演算部（演算手段） ６ｂ 開度演算部（演算手段） ８ １次遅れ制御部（入力時間遅延手段） ９ １次遅れ制御部（出力時間遅延手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動手段で駆動される給水ポンプの吐出
   側から導設された再循環系の再循環弁を制御する給水ポ
   ンプ再循環弁制御装置において、 前記駆動手段の出力に対応した値を検出する検出手段
   と、該検出手段で検出した前記値を入力して該値に対応
   して前記再循環弁の開度を定める演算手段と、を有する
   ことを特徴とする給水ポンプ再循環弁制御装置。
2. 【請求項２】 前記値を入力する時間を遅らせる入力時
   間遅延手段を有することを特徴とする請求項１に記載の
   給水ポンプ再循環弁制御装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段で演算した演算値を時間を
   遅らせて出力させる出力時間遅延手段を有することを特
   徴とする請求項１に記載の給水ポンプ再循環弁制御装
   置。