JP4801142B2 - タービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は発電設備に関して、特にスチームタービン発電機の凝縮器あるいは熱交換器の運転中に使用されるオンラインの洗浄技術ならびに装置に関する。

スチームタービン発電機において最も重要な補助設備として働くスチーム凝縮器は、スチーム・水の熱交換器である。凝縮器の熱交換効率は、発電プロセスにおける単位消費量、すなわち発電プロセスにおける単位石炭消費量によって示される、タービン発電機の発電効率と直接関連している。凝縮器の効率に影響する要因は、凝縮器の汚れである。普通、発電所で使われる冷水は、川水や海水であるが、川水や海水に含まれる土砂とゴミが凝縮器の水側に積もることがある。このことは凝縮器の熱交換効率を低下させる。使用時間が長くなると、凝縮器の熱交換効率は益々低くなる。従って、凝縮器を清潔に保つことは、発電所の重要な省エネルギー措置である。

現在、凝縮器の掃除方式は２つある。第一は運転を止めて洗浄する方法である。即ち発電機ユニットの発電停止後、手作業でパイプを１つずつ洗浄する。または高圧水でパイプを１つずつ洗浄する。このような洗浄方式は、洗浄効果がよく、洗浄された凝縮器が新しいもののように綺麗になるが、欠点として、発電機ユニットの発電または凝縮器の一部を停止して初めて、凝縮器のエンドキャップをはずして洗浄できる。第二はオンライン洗浄方式であって、即ち発電機ユニット運転中に、ゴム玉を循環水の圧力により凝縮器の銅管（またはチタン管）を通させて管壁に付いている土砂を除去する。この方法の欠点はゴム玉の材質、サイズ及び水圧のいずれも設計の要求を満たしにくいことである。ゴム玉は、自然水流の分布に従って銅管（またはチタン管）を通るので、全てのパイプが洗浄されることを保証できない。ゴム玉は銅管（またはチタン管）を通る時、いろいろの原因でパイプに挟まってそのパイプを詰めることもある。また、発電機ユニットの運転中、ゴム玉を回収することも難題の１つであるが、ゴム玉の流失は、コストを増加させる上、環境も汚染する。

上記の既存の技術における欠点を解決するため、本発明の目的はスチームタービン発電機ユニットの正常の発電運転中においてオンラインで自動的に、完全に、効果的に凝縮器を洗浄できるオンライン自動洗浄装置及び洗浄方法を提供する。

上記の技術問題を解決するため、本発明が提供するスチームタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置は、
高圧水ノズルを制御し、移動させて凝縮器の管板表面全体にわたって各銅管（またはチタン管）の口部を走査する極座標方式の機械移動システムを含む。上述の極座標方式の機械移動システムは、コンピュータプログラムによる極座標制御ユニット、回転角度制御モータ及びその伝動機構と回転サポートアーム、ラジアル移動制御モータ及びその伝動機構と伸縮サポートアームを含む。上述の回転角度制御モータは、回転伝動軸を通じて回転サポートアームを駆動する。ラジアル移動制御モータは、伸縮伝動軸を通じて伸縮サポートアームを駆動する。回転サポートアームは軸の回りに回転し、伸縮サポートアームは回転サポートアームにおいて回転サポートアームに沿ってラジアル移動し、伸縮サポートアームの一端部に高圧水ノズルが設置されている。コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは凝縮器管板における銅管（またはチタン管）の口部の直角座標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換し、また、コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは、回転角度制御モータ及びラジアル移動制御モータを通じて高圧水ノズルを制御して銅管（またはチタン管）の口部に移動させて、洗浄を行う。即ちコンピュータプログラムによる極座標制御ユニットで凝縮器管板におけるある銅管（またはチタン管）の口部の直角坐標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換させ、またこの極座標角度パラメーターにより回転角度制御モータを制御して伝動機構を通じて回転サポートアームを駆動して当該ノズルの回転角度を決定し、この極座標半径パラメーターによりラジアル移動制御モータを制御して伝動機構を通じて伸縮サポートアームを駆動してノズルの半径方向における位置を決定し、伸縮サポートアームの端部における高圧水ノズルを当該銅管（またはチタン管）の口部にあわせて洗浄を行う。それから、上述の位置決め、洗浄工程を繰り返し、凝縮器管板における銅管（またはチタン管）の口部に１つずつ合わせて、洗浄を行う。

上記の技術問題を解決するために、本発明はスチームタービン発電機凝縮器オンライン自動洗浄方法を提供する。当該方法は次の工程を含む：
コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは、凝縮器管板におけるある銅管（またはチタン管）の口部の直角坐標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換させる工程と、
この極座標角度パラメーターと半径パラメーターを汎用のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）に伝送する工程と、
プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）はこの極座標パラメーターによりサーボモータを制御し、即ち極座標角度パラメーターにより回転角度制御モータを制御して、伝動機構を通じて回転サポートアームを駆動して高圧水ノズルの角度を決めて、極座標半径パラメーターによりラジアル移動制御モータを制御して、伝動機構を通じて伸縮サポートアームを駆動して高圧水ノズルの半径方向の位置を決めて、伸縮サポートアームの端部における高圧水ノズルを当該銅管（またはチタン管）の口部にあわせる工程と、
当該銅管（またはチタン管）の口部に合わせられた高圧水ノズルを開けて、当該ノズルは、自動的に前に移動し管口部に接触させて洗浄を行う工程である。
それから、上記の位置決めと、洗浄工程を繰り返し凝縮器管板における銅管（またはチタン管）の口部に１つずつ合わせて、洗浄を行う。スチームタービン発電機の運転中において、絶えず上記の洗浄工程を繰り返して、効果的に、完全に凝縮器管板の全体における各銅管（またはチタン管）を洗浄するという目的を達成できる。

本発明におけるスチームタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置は、極座標方式の機械移動システムにより高圧水ノズルを制御し移動させて凝縮器管板表面の各銅管（またはチタン管）の口部を走査し、パイプを１つずつ洗浄し、それにより凝縮器の銅管（またはチタン管）が運転中において絶えず効果的、完全に洗浄されて、凝縮器の熱交換効率を向上し、スチームタービン発電機ユニットの単位発電量当たりの石炭消費量を低下させ、石炭の節約、発電コストダウンという目的を達成できるようになる。また、極座標方式の機械移動システムを採用しているので、凝縮器の水側に急な衝撃が起こっても、安定的に運転できる。これが凝縮器の運転中における自動洗浄の技術のコアである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、本発明は下記の実施例に限られないこととし、本発明と類似の構成及びそれと類似の変化を採用したものは、いずれも本発明の保護範囲に入れられるべきである。

図１および図２のように、本発明の実施例のスチームタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置は、高圧水ノズル６および高圧水ノズル６を制御し移動させて全体の凝縮器管板７の表面における全ての銅管（またはチタン管）の口部を走査させることができる極座標方式の機械移動システムを含む。

上記の極座標方式の機械移動システムは、コンピュータプログラムによる極座標制御ユニット（図示せず）、回転角度制御モータ３及びその伝動機構と回転サポートアーム９、ラジアル移動制御モータ４及びその伝動機構と伸縮サポートアーム８を含む。回転角度制御モータ３は、回転伝動軸を通じて回転サポートアーム９を駆動し、ラジアル移動制御モータ４は、伸縮伝動軸を通じて伸縮サポートアーム８を駆動する。

コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは、コンピュータとプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）とから構成する。

上記の回転角度制御モータ３とラジアル移動制御モータ４はサーボモータである。
前記回転伝動軸と伸縮伝動軸はスリーブシャフト５であり、その外側は回転伝動軸で、内側は伸縮伝動軸である。回転伝動軸と伸縮伝動軸の間は、ブッシング構造で連接しても、またはベアリングで連接してもいい。

スリーブシャフト５の一端部は、凝縮器のプレート２を突き抜け、かつ凝縮器のプレート２にサポートされている。もう一端部は、中間サポートベアリング１０を通じて凝縮器のシェル（すなわち壁）にサポートされている。普通、スリーブシャフト５の軸は、凝縮器の銅管（またはチタン管）バンドルの中心位置にある。こうして伸縮サポートアーム８の長さを短くすることができる。

回転角度制御モータ３は、伝動機構を通じて回転伝動軸を駆動して軸の回りに回転せる。当該伝動機構はギヤ伝動機構であってもよく、同期コンベヤー伝動機構またはその他の伝動機構であってもいい。

ラジアル移動制御モータ４は、伸縮伝動軸と連接し、かつ伸縮伝動軸を駆動してラジアル移動させる。

回転角度制御モータ３と伝動機構、及びラジアル移動制御モータ４と伝動機構は、固定装置によって凝縮器のプレート２に設置される。

スリーブシャフト５の外側の回転伝動軸のもう一端部に回転伝動軸と同期に軸の回りに回転する回転サポートアーム９が設置されている。

スリーブシャフト５の内側の伸縮伝動軸のもう一端部に伸縮サポートアーム８を駆動して回転サポートアーム９に沿ってラジアル移動させる伝動機構が設置されている。伸縮サポートアーム８は内套管と外套管からなる構成が採用されている。当該駆動機構は、ギヤ・ラック駆動機構であってもいいが、ギヤは伸縮伝動軸に据え付けてられ、ラックは伸縮サポートアーム８の内套管に据え付けられる。その他の、回転運動を直線運動に転換させる伝動機構を使ってもいい。

伸縮サポートアーム８の内套管と外套管の連結は、ガイド滑り方式でもよいし、または滑りブロックと滑り溝の方式でもよい。

伸縮サポートアーム８の端部に高圧水ノズル６が設置されている。

回転角度制御モータ３は、伝動機構を通じて回転伝動軸を駆動して回転させ、回転伝動軸はまた回転サポートアーム９を駆動して回転させて、伸縮サポートアーム８を通じて伸縮サポートアーム８の内套管における高圧水ノズル６を、凝縮器管板７の表面全体における各銅管（またはチタン管）の口部の角度に合うように位置決定する。

ラジアル移動制御モータ４は伸縮伝動軸を駆動し、伝動機構は伸縮サポートアーム８の内套管を駆動して、回転サポートアーム９に沿ってラジアル移動させて、伸縮サポートアーム８における高圧水ノズル６を全体凝縮器管板７の表面全体における各銅管（またはチタン管）の口部に合わせるように半径位置を決定する。

自動洗浄に際し、コンピュータの計算により、全体凝縮器管板７の表面全体における各銅管（またはチタン管）の口部の直角座標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換し、固定のプログラムを作成する。

プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、この極座標パラメーターにより回転角度制御モータ３とラジアル移動制御モータ４を制御し、それにより、回転サポートアーム９を回転させ、伸縮サポートアーム８を移動させるが、これは即ち極座標角度φと半径Ｒの制御であり、位置決めをした後、伸縮サポートアーム８の端部における高圧水ノズル６を凝縮器管板７の表面全体における各銅管（またはチタン管）の口部に合わせて、パイプを１つずつ洗浄し、かつ凝縮器管板７の表面全体にわたって各銅管（またはチタン管）の口部を走査し、効果的に、完全に凝縮器の各銅管（またはチタン管）を洗浄するという目的を実現する。これにより凝縮器の熱交換効率を向上することができる。全体の装置は、極座標方式の設計を採用したので、構成は適当でコンパクトであり、急な水側の衝撃を抵抗でき、長期的に安定的に運転できる。これは、本発明の技術のコアである。

また、上記の実施例を基礎にして、当業者にとっては、本発明の実施方式を多様に変更させることは可能である。

図１は本発明の実施例の凝縮器のオンライン自動洗浄装置の構成の模式図。 図２は本発明実施例の凝縮器の管板表面の座標位置変換の模式図。

Claims (14)

1. 高圧水ノズルを制御し、移動して凝縮器の管板表面全体にわたって各銅管またはチタン管の口部を走査して洗浄できる極座標方式の機械移動システムが凝縮器の運転中の自動洗浄に用いられる、タービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置であって、
   前記システムは、凝縮器の水側に、急な衝撃が起こっても安定的に運転することができ、
   前記極座標方式の機械移動システムは、
   コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットと、
   回転角度制御モータ及びその伝動機構及び回転サポートアームと、
   ラジアル移動制御モータ及びその伝動機構及び伸縮サポートアームとを含み、
   前記回転角度制御モータは回転伝動軸を通じて前記回転サポートアームを駆動し、
   前記ラジアル移動制御モータは伸縮伝動軸を通じて前記伸縮サポートアームを駆動し、
   前記回転サポートアームは軸の回りに回転し、
   前記伸縮サポートアームは前記回転サポートアームに沿ってラジアル移動でき、
   前記伸縮サポートアームの一端部には前記高圧水ノズルが設置され、
   前記コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは凝縮器管板における銅管またはチタン管の口部の直角座標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換し、
   前記コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは前記回転角度制御モータ及び前記ラジアル移動制御モータを通じて前記高圧水ノズルを制御して銅管またはチタン管の口部に移動させて、洗浄を行うことを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
2. 請求項１に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットは、コンピュータとプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）から構成されることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
3. 請求項１に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記回転角度制御モータと前記ラジアル移動制御モータはサーボモータであることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
4. 請求項１に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記回転伝動軸と前記伸縮伝動軸は、スリーブシャフトであって、外側が回転伝動軸で、内側は伸縮伝動軸であることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
5. 請求項４に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記回転伝動軸と前記伸縮伝動軸の間はベアリングで連接することを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
6. 請求項４に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記スリーブシャフトの一端部は、凝縮器のプレートを突き抜け、かつ前記凝縮器のプレートにサポートされ、もう一端部は中間サポートベアリングによって凝縮器のシェルにサポートされていることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
7. 請求項４に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記回転角度制御モータは前記伝動機構を通じて前記回転伝動軸を駆動して軸の回りに回転させることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
8. 請求項４に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記ラジアル移動制御モータは前記伸縮伝動軸と連接し、
   前記伸縮サポートアームの内套管を駆動してラジアル移動させることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
9. 請求項７に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
   前記回転角度制御モータ及び前記伝動機構と、
   前記ラジアル移動制御モータ及び前記伝動機構とを固定装置によって凝縮器のプレートに設置することができることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
10. 請求項４に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
    前記スリーブシャフト内側の伸縮伝動軸の一端部に、
    前記伸縮サポートアームを駆動して前記回転サポートアームに沿ってラジアル移動させる伝動機構が設置されていることを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
11. 請求項１０に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
    前記伝動機構はギヤ・ラック駆動機構であり、
    前記ギヤは前記伸縮伝動軸に設置され、
    前記ラックは前記伸縮サポートアームの内套管に設置され、
    前記伸縮サポートアームの内套管と外套管の連接はガイド滑りレール方式でもよいし、または滑りブロックと滑り溝方式でもよいことを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
12. 請求項１に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
    前記回転角度制御モータは、前記伝動機構を通じて前記回転伝動軸を駆動して回転させ、
    前記回転伝動軸はまた前記回転サポートアームを駆動して回転させ、
    前記伸縮サポートアームにより、前記伸縮サポートアームにおける前記高圧水ノズルを凝縮器管板の表面全体における各銅管またはチタン管の口部にあう、正確な角度を決定することを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
13. 請求項１に記載のタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置において、
    前記ラジアル移動制御モータにて前記伸縮伝動軸を駆動して、
    前記伝動機構は前記伸縮サポートアームを駆動して、前記回転サポートアームに沿ってラジアル移動させて、
    前記伸縮サポートアームにおける前記高圧水ノズルを前記凝縮器管板表面全体における各銅管またはチタン管の口部にあわせるように半径位置を決定することを特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄装置。
14. タービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄方法において、
    コンピュータプログラムによる極座標制御ユニットが凝縮器管板におけるある銅管またはチタン管の口部の直角座標（Ｘ，Ｙ）を極座標（Ｒ，φ）に変換する工程と、
    極座標角度パラメーターと極座標半径パラメーターを汎用のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）に伝送する工程と、
    前記プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）が前記２つの極座標パラメーターによりサーボモータを制御し、即ち前記極座標角度パラメーターにより回転角度制御モータを制御して、伝動機構を通じて回転サポートアームを駆動して角度を決めて、前記極座標半径パラメーターによりラジアル移動制御モータを制御して、伝動機構を通じて伸縮サポートアームを駆動して半径を決めて、前記伸縮サポートアームの端部における高圧水ノズルを当該銅管またはチタン管の口部にあう位置を決める工程と、
    前記銅管またはチタン管の口部に合わせられた前記高圧水ノズルを開けて、前記ノズルは自動的に前に移動し管口部に接触させて洗浄を行う工程と、
    それから、上記の位置決めの工程と、洗浄工程を繰り返し、凝縮器管板における銅管またはチタン管の口部に１つずつ合わせて、洗浄を行うこと特徴とするタービン発電機凝縮器のオンライン自動洗浄方法。

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