JP5717668B2 - ターニング装置およびターニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ動力によってタービンロータを回転させるターニング装置およびそのターニング方法に関する。

蒸気タービンやガスタービンには、モータ動力によってタービンロータを回転させるターニング装置が設けられるものがある。タービンロータは、運転停止中にて回転しない状態が継続すると、タービン車室内の上下温度差による熱伸びや、タービンロータの自重によってロータ曲がりが生じるおそれがある。そこでターニング装置は、タービン運転前後において例えば毎分数回転程度の回転速度でタービンロータを回転させ、ロータ曲がりを防止している。

ターニング装置は、ターニングギアをタービンロータに設けられたロータギアに係合させ、ターニングギアをターニング駆動用モータによって回転駆動することによってタービンロータを回転させる。このターニングギアのロータギアへの係合が、タービンロータが回転停止状態において行われないと、ターニング駆動用モータや減速機、ギア等が破損するおそれがある。そこで、タービンロータの回転を確実に検出し、ロータ回転時にはギアの係合を防止するインターロックが必要である。

このようなターニング装置のインターロックとして、タービンロータに連動して回転する回転体を設け、この回転体の回転速度を検出する回転速度検出器によってタービンロータ回転速度を検出し、インターロックを行う技術が開発されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平９−１４５７３０号公報 特開平９−７９００４号公報

上述した特許文献１、２に記載のターニング装置は、インターロックに利用するロータ回転速度を回転速度検出器のみによって測定しているため、回転速度検出器の故障によりインターロックが働かない可能性があった。そこで本発明は、回転速度検出器の異常時においてターニングが行われることを防止するターニング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のターニング装置は、ターニングギアを回転駆動するロータ駆動モータと、ターニングギアをタービンロータに設けられたロータギアに係合させることができるギア係合装置と、タービンロータの回転速度を実測回転速度として測定する回転速度検出器と、タービンロータが設けられるタービン発電機のプロセス量を用いてタービンロータの回転速度を計算回転速度として演算する回転速度計算装置と、実測回転速度が所定値を下回り、さらに実測回転速度と計算回転速度の偏差の絶対値が所定値を下回るときにギア係合装置によるターニングギアのロータギアへの係合を許可し、ロータ駆動モータを回転駆動してターニングを行うインターロック回路とを備えることを特徴とする。

さらに上記目的を達成するために、本発明のターニング方法は、ロータギアの回転速度を実測回転速度として測定する工程と、タービンロータが設けられるタービン発電機のプロセス量を用いてロータギアの回転速度を計算回転速度として演算する工程と、実測回転速度が所定値を下回り、さらに実測回転速度と計算回転速度の偏差の絶対値が所定値を下回るときにターニング許可を行う工程と、ターニング許可が行われた場合に、ギア係合装置によってターニングギアをロータギアへ係合させ、ロータ駆動モータによってターニングギアを回転駆動してターニングを行う工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転速度検出器の異常時においてターニングが行われることを防止することができる。

本発明の実施形態に係るターニング装置の概略構成図。 本発明の実施形態に係るターニング装置のインターロック方法を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（構成）
以下、本発明の実施形態に係るターニング装置について図１乃至図 を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るターニング装置の概略構成図である。ターニング装置１は、ロータ駆動装置２と、ターニング制御装置３と、インターロック回路４と、回転速度検出器５と、回転速度計算装置６と、ターニング起動指令送信装置７とから構成される。さらにロータ駆動装置２は、ロータ駆動モータ２ａと、ターニングギア２ｂと、ギア係合装置２ｃと、ロータギア２ｄとから構成される。

回転体１１は、円盤形状の中心をタービンロータ１０によって貫通し、タービンロータ１０の回転に伴って回転するように設けられる。さらに回転体１１の円周側面には歯部が設けられる。回転速度検出器５は、回転体１１の円周側面との距離を測定し、歯部が通過する毎にパルス信号を送信する検出器であり、電磁ピックアップ方式または渦電流方式のいずれかの方式を適用することができる。さらに回転速度検出器５は、パルス信号の単位時間あたりの送信数によってタービンロータ１０の回転速度を測定し、回転速度を実測回転速度信号１０１としてインターロック回路４に送信することができる。

プロセス量センサ１２は、タービンロータ１０が設けられるタービン発電機の各々のプロセス量を測定し、プロセス信号１００として送信するセンサである。プロセス量は、タービン発電機の状態を示す値であり、例えば主蒸気圧力や弁開度が挙げられ、これらプロセス量はタービンロータ１０の回転速度と相関するとともに、タービン発電機ならびに発電プラントの監視、制御に用いられるものである。プロセス量センサ１２は、プロセス信号１００を回転速度計算装置６に送信することができるように接続される。

回転速度計算装置６は、計算回転速度信号１０２をインターロック回路４に送信することができるように接続される。また、ターニング起動指令送信装置７は、ターニング起動指令１０４を手動または所定のタイミングでインターロック回路４に送信することができるように接続される。

ターニング制御装置３は、インターロック回路４からターニング許可信号１０３を受信することができるように接続される。さらにターニング制御装置３は、ギア係合装置２ｃに係合指令１０４を送信し、ロータ駆動モータ２ａに駆動指令１０５を送信することができるように接続される。

ロータギア２ｄは、円盤形状の中心をタービンロータ１０が貫通し、ロータギア２ｄの回転によってタービンロータ１０を回転させることができる。ロータ駆動モータ２ａは、ターニングギア２ｂに接続され、ターニング制御装置３から駆動指令１０５を受信すると、インバータ（図示せず。）から受電してターニングギア２ｂの回転駆動を行う。さらにロータ駆動モータ２ａには、適宜クラッチや減速機を設けることができる。

ギア係合装置２ｃは、ターニングギア２ｂとロータギア２ｄを係合状態、または非係合状態することができる。係合状態であるとき、ロータ駆動モータ２ａによってターニングギア２ｂおよびロータギア２ｄを介してタービンロータ１０を回転させることができる。

（作用）
以下、本発明の実施形態の作用について説明する。まず、ターニング装置１によるターニング方法によって説明し、ターニングのインターロック方法については後述する。

タービンロータ１０が設けられるタービン発電機の運転中において、ターニングギア２ｂとロータギア２ｄは非係合状態である。ターニング制御装置３は、インターロック回路４からターニング許可信号１０３を受信することによってターニングを開始することができる。このときターニング制御装置３は、係合指令１０５をギア係合装置２ｃに送信することによってターニングギア２ｂをロータギア２ｄに係合させる。さらにターニング制御装置３は、駆動指令１０５をロータ駆動モータ２ａに送信する。ロータ駆動モータ２ａは、駆動指令１０５を受信し、インバータから受電を行って所定の回転速度でタービンロータ１０を回転駆動させる。

次に、ターニングのインターロック方法について説明する。タービンロータ１０の回転中において、ターニングギア２ｂとロータギア２ｄの係合を行うと、ターニングギア２ｂおよびロータギア２ｄを損傷させる可能性がある。そこでターニング装置１は、タービンロータ１０が停止状態ないし所定回転数以下の状態において係合を許可するインターロックを備える。

回転速度検出器５は、測定したタービンロータ１０の回転速度を実測回転速度信号１０１としてインターロック回路４に送信する。さらに回転速度計算装置６は、プロセス信号１００を受信して、プロセス量を用いて回転速度を演算して計算回転速度信号１０２としてインターロック回路４に送信する。

プロセス量による回転速度の演算は、線形モデルあるいはニューラルネットワークモデルのような非線形モデルいずれのモデルであってもよい。線形モデルとは、プロセス量と回転速度が一定の相関を示すモデルである。例えば、主蒸気圧力は圧力増加につれ回転速度が増加する関係があり、この関係をあらかじめテーブル化、または相関式に変換しておくことによって、回転速度計算装置６は、プロセス信号１００が示す主蒸気圧によって回転速度を演算することができる。非線形モデルとは、プロセス量に対して回転速度が一定の線形関係を示さず、相関式が複雑、または相関式を導出できないモデルである。このモデルにおいても各々のプロセス量における回転速度をテーブル化、または相関式に変換しておくことによって回転速度を演算することができる。

インターロック回路４は、実測回転速度信号１０１および計算回転速度信号１０２を受信し、ターニング許可信号１０３を送信する以下のインターロック機能を有する。図２は、本発明の実施形態に係るターニング装置のインターロック方法を示すブロック図である。

インターロック回路４は、まず実測回転速度信号１０１が示す回転速度と設定値αを比較し、回転速度が設定値α以下の場合に実測回転速度成立信号１１１を送信する。さらに、実測回転速度信号１０１が示す回転速度と、計算回転速度信号１０２が示す回転速度の偏差の絶対値を設定値βと比較し、設定値β以下の場合に回転速度偏差成立信号１１２を送信する。

さらに、実測回転速度成立信号１１１と回転速度偏差成立信号１１２がともに送信されるＡＮＤ条件において、回転速度成立信号１１３を送信する。回転速度成立信号１１３とともに、ターニング起動指令送信装置７からターニング起動指令１０４が入力されるＡＮＤ条件においてターニング許可信号１０３が送信され、上述したターニングが開始される。

ターニング起動指令１０４が手動や所定のタイミングで送信される条件下においても、実測回転速度成立信号１１１によって、実測の回転速度が所定速度を下回る場合にターニングを許可することによって、タービンロータ１０が所定回転速度を超過する状態においてギアの係合を防ぐことができる。さらに、回転速度偏差成立信号１１２によって、実測の回転速度と計算の回転速度の偏差が所定値内に収まるときにターニングを許可して実測回転速度を保障し、回転速度検出器５の異常時に誤ってギアの係合が行われることを防ぐことができる。

また、回転速度の演算に用いるプロセス量は、タービン発電機および発電プラントの運転制御、監視に用いられるものであるため、回転速度を測定するための検出器を冗長化することなく、実測回転速度を保障することができ、設備コストを抑えることができる。

さらに、実測回転速度と計算回転速度の値が異なるときには、いずれか一方が異常であるとして警報を発することもできる。このとき、タービンロータ１０の回転、蒸気圧力や弁開度を直接確認することによって異常がいずれに発生しているかを特定することができる。

（効果）
本発明の実施形態によれば、実測回転速度が所定値を下回り、さらに実測回転速度と計算回転速度が所定値を下回るときにターニングを許可することによって、実測回転速度が異常であるときにターニングが許可されることを防ぐことができる。

なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例えば、計算回転速度の演算に用いるプロセス量は、上述した主蒸気圧力や、蒸気加減弁開度だけでなく、蒸気量や発電量等、タービン発電機の回転量と相関のあるプロセス量を適用することができる。さらに１つのプロセス量から演算するだけでなく、２つ以上のプロセス量の相関から計算回転速度を演算することもできる。また、例えば蒸気加減弁が閉鎖してから所定時間後にタービンロータ１０が回転停止するといった、プロセス量に時間の相関を加えた回転速度の演算を行ってもよい。この場合、所定のプロセス量の受信から所定時間経過後においてタービンロータ１０の回転停止を示す計算回転速度信号１０２が送信されるものとする。

１・・・ターニング装置
２・・・ロータ駆動装置
２ａ・・・ロータ駆動モータ
２ｂ・・・ターニングギア
２ｃ・・・ギア係合装置
２ｄ・・・ロータギア
３・・・ターニング制御装置
４・・・インターロック回路
５・・・回転速度検出器
６・・・回転速度計算装置
７・・・ターニング起動指令送信装置
１０・・・タービンロータ
１１・・・回転体
１２・・・プロセス量センサ
１００・・・プロセス信号
１０１・・・実測回転速度信号
１０２・・・計算回転速度信号
１０３・・・ターニング許可信号
１０４・・・係合指令
１０５・・・駆動指令
１１１・・・実測回転速度成立信号
１１２・・・回転速度偏差成立信号
１１３・・・回転速度成立信号

Claims (6)

1. ターニングギアを回転駆動するロータ駆動モータと、
   前記ターニングギアをタービンロータに設けられたロータギアに係合させることができるギア係合装置と、
   前記タービンロータの回転速度を実測回転速度として測定する回転速度検出器と、
   前記タービンロータが設けられるタービン発電機の状態を示す値であり、前記タービンロータの回転速度と相関するとともに、前記タービン発電機ならびに発電プラントの監視制御に用いられるプロセス量を用いて前記タービンロータの回転速度を計算回転速度として演算する回転速度計算装置と、
   前記実測回転速度が所定値を下回り、さらに前記実測回転速度と前記計算回転速度の偏差の絶対値が所定値を下回るときに前記ギア係合装置による前記ターニングギアの前記ロータギアへの係合を許可し、前記ロータ駆動モータを回転駆動してターニングを行うインターロック回路とを備えることを特徴とするターニング装置。
2. 前記タービン発電機の前記プロセス量は、蒸気量であって、
   蒸気量によって計算回転速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のターニング装置。
3. 前記タービン発電機の前記プロセス量は、加減弁開度であって、
   蒸気量によって計算回転速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のターニング装置。
4. 手動または所定のタイミングでターニング起動指令を送信するターニング起動指令送信部をさらに備え、
   前記インターロック回路は前記ターニング起動指令をさらに受信したときに前記ターニングを行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のターニング装置。
5. タービンロータの回転速度を実測回転速度として測定する工程と、
   タービンロータが設けられるタービン発電機の状態を示す値であり、前記タービンロータの回転速度と相関するとともに、前記タービン発電機ならびに発電プラントの監視制御に用いられるプロセス量を用いて前記タービンロータの回転速度を計算回転速度として演算する工程と、
   前記実測回転速度が所定値を下回り、さらに前記実測回転速度と前記計算回転速度の偏差の絶対値が所定値を下回るときにターニング許可を行う工程と、
   このターニング許可が行われた場合に、ギア係合装置によってターニングギアをロータギアへ係合させ、ロータ駆動モータによって前記ターニングギアを回転駆動してターニングを行うターニング許可工程とを備えることを特徴とするターニング方法。
6. 手動または所定のタイミングでターニング起動指令を送信する工程をさらに備え、
   前記ターニング許可工程は、さらに前記ターニング起動指令を受信したときに前記ターニングを行うことを特徴とする請求項５に記載のターニング方法。

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