JP6743049B2

JP6743049B2 - 危急遮断装置

Info

Publication number: JP6743049B2
Application number: JP2017555939A
Authority: JP
Inventors: 賢西谷; アベイジェイン
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: US11352899B2; US20200240284A1; WO2017104037A1; EP3351745A4; EP3351745A1; JPWO2017104037A1

Description

本発明は、蒸気タービンを緊急停止させるための危急遮断装置に関する。

蒸気タービンの安全な運転に支障をきたす異常（過速度、軸振動過大など）が発生した危急時に、主塞止弁（Trip and Throttle Valve；以降、ＴＴＶと呼ぶ。）を直ちに閉めて、蒸気タービンを緊急停止させるために、危急遮断装置を設置している。

特開平９−１１９５３０号公報実開平５−６４４０１号公報

図１０に従来の危急遮断装置を示し、図１１及び図１２に従来の危急遮断装置を備えたトリップシステムを示す。なお、図１１は、通常時（蒸気タービンの運転中）の状態を示しており、図１２は、トリップ時の状態を示している。図１１及び図１２に示すトリップシステムは、危急遮断装置１０Ｂを用いて、蒸気タービン（図示省略）のＴＴＶ３１や調整弁（Governor Valve；以降、ＧＶと呼ぶ。）３２の制御油の給排を行っている。

危急遮断装置１０Ｂは、シリンダ１１の内部に互いに平行に配置されたトリップピストン１２とトリップ案内弁１７とを有している。トリップピストン１２のロッド１３ａの一方の端部側（図中左側）の端部ロッド１３ｂは、シリンダ１１を貫通して外部に露出しており、この端部ロッド１３ｂの端部にトリップボタン１３ｃが設けられている。ロッド１３ａの他方の端部側（図中右側）にはピストン弁１４が設けられ、端部ロッド１３ｄは、このピストン弁１４から延設されて、シリンダ１１を貫通して外部に露出しており、端部ロッド１３ｄの端部がカム１６のレバー部１６ａに当接している。また、ロッド１３ａには、カム１６側の方向に付勢力を付与するバネ１５が設けられている。

トリップ案内弁１７のロッド１８ａの一方の端部側（図中左側）の端部ロッド１８ｂも、シリンダ１１を貫通して外部に露出しており、この端部ロッド１８ｂの端部にリセットボタン１８ｃが設けられている。ロッド１８ａには、複数のピストン弁１９〜２１が互いに所定の間隔を空けて設けられている。ロッド１８ａの他方の端部側（図中右側）の端部ロッド１８ｄも、ピストン弁２１から延設されて、シリンダ１１を貫通して外部に露出しており、端部ロッド１８ｄの端部がカム１６の掛金部１６ｂに当接している。また、端部ロッド１８ｂには、カム１６側の方向に付勢力を付与するバネ２２が設けられている。

トリップピストン１２側のシリンダ１１には、ポート２３が設けられており、ピストン弁１４が室２４を形成している。また、トリップ案内弁１７側のシリンダ１１には、ポート２５ａ〜２５ｆが設けられており、ピストン弁１９が室２６ａを形成し、ピストン弁１９とピストン弁２０が室２６ｂを形成し、ピストン弁２０とピストン弁２１が室２６ｃを形成し、ピストン弁２１が室２６ｄを形成している。

トリップピストン１２側では、ポート２３を介して、室２４の制御油の給排を行っている。また、トリップ案内弁１７側では、ポート２５ａを介して、室２６ａの内部の空気又は制御油の排出を行っており、ポート２５ｂを介して、室２６ａ又は室２６ｂの空気又は制御油の排出を行っており、ポート２５ｃを介して、室２６ｂの制御油の給排（ＧＶ３２の制御油の給排）を行っており、ポート２５ｄを介して、室２６ｂ又は室２６ｃの制御油の供給を行っており、ポート２５ｅを介して、室２６ｃの制御油の給排（ＴＴＶ３１の制御油の給排）を行っており、ポート２５ｆを介して、室２６ｃ又は室２６ｄの空気又は制御油の排出を行っている。

制御油の供給源から制御油を供給する配管は、ポート２５ｄに接続されており、また、オリフィス３４を介して、ポート２３へ接続されている。ＧＶ３２の制御油を給排する配管は、ポート２５ｃに接続されており、ＴＴＶ３１の制御油を給排する配管は、ポート２５ｅに接続されている。

また、ポート２３は、排出装置３５に接続されている。この排出装置３５は、同じ構成の２つの排油ラインを並列に接続したものであり（二重化）、各排油ラインは、弁３６と、弁３６と並列に接続された弁３７及びオリフィス３８と、弁３６、弁３７及びオリフィス３８の下流側（ドレイン側）に接続された電磁弁３９を有している。

上述したトリップシステムにおいて、通常時は、電磁弁３９が閉じているので、図１１に示すように、制御油は、オリフィス３４を介して、ポート２３へ供給されており、また、ポート２５ｄに供給されている。なお、図１１において、実線矢印は、油圧がかかっている配管を示しており、また、点線矢印は、油圧がかかっていない配管を示している。

従って、通常時には、オリフィス３４を介して、室２４に油圧がかかっているので、室２４の油圧がバネ１５の付勢力に対抗しており、トリップピストン１２はカム１６側の方向には移動できない状態である。そのため、カム１６の掛金部１６ｂにより、トリップ案内弁１７もカム１６側の方向には移動できない状態である。

このような通常時において、ポート２５ｄに供給された制御油は、室２６ｃ、ポート２５ｅを経由して、ＴＴＶ３１へ供給されることになる。また、ＧＶ３２の制御油は、ポート２５ｃ、室２６ｂ、ポート２５ｂを経由して、排出されることになる。

一方、トリップ時は、電磁弁３９が開くので、図１２に示すように、制御油は、ポート２３へは供給されず（室２４に油圧がかからず）、ポート２５ｄにのみ供給される。なお、図１２においても、実線矢印は、油圧がかかっている配管を示しており、また、点線矢印は、油圧がかかっていない配管を示している。

トリップ時は、電磁弁３９が開いており、室２４に油圧がかかっていないので、バネ１５の付勢力により、トリップピストン１２はカム１６側の方向に移動する。すると、端部ロッド１３ｄの端部がレバー部１６ａを押し、カム１６が回転し、端部ロッド１８ｄの端部が掛金部１６ｂから外れる。その結果、バネ２２の付勢力により、トリップ案内弁１７はカム１６側の方向に移動することになる。

なお、電磁弁３９が開かない場合、トリップボタン１３ｃを押すことにより、端部ロッド１３ｄの端部でレバー部１６ａを押して、カム１６を回転させ、端部ロッド１８ｄの端部を掛金部１６ｂから外すことができ、その結果、トリップ案内弁１７をカム１６側の方向に移動させることができる。

このようなトリップ時において、ポート２５ｄに供給された制御油は、室２６ｂ、ポート２５ｃを経由して、ＧＶ３２へ供給されることになる。また、ＴＴＶ３１の制御油は、ポート２５ｅ、室２６ｃ、ポート２５ｆを経由して、排出されることになる。

以上説明したトリップシステムの危急遮断装置１０Ｂにおいては、制御油やバネ１５、２２により、トリップピストン１２やトリップ案内弁１７を動作させているが、使用している制御油の滞留や劣化により、スラッジが発生した場合には、ピストン弁１４、１９〜２１の摺動面（図１０において符号Ａで示す部分など）にスラッジが詰まり、トリップピストン１２やトリップ案内弁１７が固着し、動作しなくなるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、スラッジの発生を防止して、確実に動作させることができる危急遮断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る危急遮断装置は、
蒸気タービンの主塞止弁に対する制御油の供給を危急時に遮断して、前記主塞止弁を閉じる危急遮断装置において、
シリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記ピストンに付勢力を付与するバネと、前記ピストンに設けられた複数のピストン弁と、前記複数のピストン弁により形成され、前記制御油の給排が行われる複数の室とを有し、
前記複数のピストン弁の摺動面に前記室の前記制御油をリークする溝を設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る危急遮断装置は、
上記第１の発明に記載の危急遮断装置において、
前記溝は、前記複数のピストン弁の摺動面に形成された螺旋状のスパイラル溝である
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る危急遮断装置は、
上記第１の発明に記載の危急遮断装置において、
前記溝は、前記複数のピストン弁の摺動面に形成された、前記ピストンの軸方向に沿う直線溝である
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る危急遮断装置は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の危急遮断装置において、
前記溝の深さを１．０ｍｍ以下とする
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る危急遮断装置は、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の危急遮断装置において、
前記ピストンは、
第１ピストンと、前記第１ピストンが通常時の位置から危急時の位置に移動すると、通常時の位置から危急時の位置に連動して移動する第２ピストンとを有し、
前記複数の室は、
前記第１ピストンの前記ピストン弁により形成され、危急時に前記制御油を排出することにより、前記第１ピストンを通常時の位置から危急時の位置に移動させる移動用室と、
前記第２ピストンの前記ピストン弁により形成され、前記第２ピストンが通常時の位置のときに、前記主塞止弁に前記制御油を供給し、前記第２ピストンが危急時の位置のときに、前記主塞止弁の前記制御油を排出する主塞止弁用室と、を少なくとも有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、スラッジの発生を防止して、確実に動作させることができ、その結果、主塞止弁のトリップ動作の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る危急遮断装置を有する蒸気タービンのトリップシステムを示す概略図であって、通常時の状態を示す図である。図１に示した危急遮断装置におけるトリップピストンのピストン弁の一例を説明する図である。図１に示した危急遮断装置におけるトリップ案内弁のピストン弁の一例を説明する図である。図２に示したピストン弁の拡大図である。蒸気タービンのトリップシステムでの制御油のリーク量を比較したグラフである。蒸気タービンのトリップシステムにおける排出装置の配管での制御油の圧力低下量を比較したグラフである。蒸気タービンのトリップシステムにおける主塞止弁の配管での制御油の圧力低下量を比較したグラフである。図２に示したトリップピストンのピストン弁の変形例を説明する図である。図３に示したトリップ案内弁のピストン弁の変形例を説明する図である。従来の危急遮断装置を示す概略図である。図１０に示した従来の危急遮断装置を有する蒸気タービンのトリップシステムを示す概略図であって、通常時の状態を示す図である。図１１に示した蒸気タービンのトリップシステムのトリップ時の状態を示す概略図である。

以下、図１〜図９を参照して、本発明に係る危急遮断装置の実施形態を説明する。なお、ここでは、危急遮断装置の制御対象として、蒸気タービンのＴＴＶとＧＶを例示するが、更に、抽気加減弁（Extraction Control Valve；ＥＣＶ）を制御対象としても良い。

［実施例１］
本実施例の危急遮断装置を有するトリップシステムを図１に示す。本実施例の危急遮断装置１０Ａは、基本的には、図１０〜図１２に示した従来の危急遮断装置１０Ｂと略同等の構成を有し、その危急遮断装置１０Ａを有するトリップシステムも同等の構成となっている。そのため、ここでは、同等の構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すトリップシステムは、本実施例の危急遮断装置１０Ａを用いて、蒸気タービン（図示省略）のＴＴＶ３１やＧＶ３２の制御油の給排を行うものであり、危急時に、制御油の供給を遮断して、ＴＴＶ３１を閉じるものである（トリップ動作）。なお、図１は、通常時（蒸気タービンの運転中）の状態のトリップシステムを示しているが、トリップ時には、図１２に示したトリップシステムと同じ状態となる。

なお、本実施例の危急遮断装置１０Ａについて、その構成を説明すると、シリンダ１１と、シリンダ１１内を摺動するピストンとなる、トリップピストン１２（第１ピストン）及びトリップ案内弁１７（第２ピストン）と、トリップピストン１２及びトリップ案内弁１７に付勢力を付与するバネ１５、２２と、トリップピストン１２及びトリップ案内弁１７に設けられたピストン弁１４、１９〜２１と、ピストン弁１４、１９〜２１により形成され、制御油の給排が行われる室２４、２６ａ〜２６ｄとを有している。

トリップ案内弁１７は、トリップピストン１２が通常時の位置から危急時の位置に移動すると、カム１６の回転により、端部ロッド１８ｄの端部が掛金部１６ｂから外れ、その結果、バネ２２の付勢力により、通常時の位置から危急時の位置に連動して移動している。

また、室２４（移動用室）は、トリップピストン１２のピストン弁１４により形成され、危急時に制御油をポート２３から排出すると、バネ１５の付勢力により、トリップピストン１２を通常時の位置から危急時の位置に移動させている。

また、室２６ｂ（調整弁用室）は、トリップ案内弁１７のピストン弁１９とピストン弁２０により形成され、トリップ案内弁１７が通常時の位置のときに、ポート２５ｂとポート２５ｃを連通させて、ＧＶ３２の制御油を排出しており、トリップ案内弁１７が危急時の位置のときに、ポート２５ｃとポート２５ｄを連通させて、ＧＶ３２に制御油を供給している（図１２参照）。

また、室２６ｃ（主塞止弁用室）は、トリップ案内弁１７のピストン弁２０とピストン弁２１により形成され、トリップ案内弁１７が通常時の位置のときに、ポート２５ｄとポート２５ｅを連通させて、ＴＴＶ３１に制御油を供給しており、トリップ案内弁１７が危急時の位置のときに、ポート２５ｅとポート２５ｆを連通させて、ＴＴＶ３１の制御油を排出している（図１２参照）。なお、室２６ａ、２６ｄは、トリップ案内弁１７の移動に伴い、制御油又は空気を排出している。

このようなトリップシステムの危急遮断装置１０Ａで使用する制御油は、その滞留や劣化によりスラッジが発生し、そのスラッジがトリップピストン１２及びトリップ案内弁１７のピストン弁１４、１９〜２１の摺動面に詰まり、固着して、動作不良を起こすおそれがある。

そこで、本実施例の危急遮断装置１０Ａにおいては、図２〜図４にも示すように、各ピストン弁１４、１９〜２１の摺動面に、当該摺動面を捲くように、螺旋状のスパイラル溝５１を形成している。なお、図４は、図２に示したピストン弁１４の摺動面の部分を拡大した図である。このスパイラル溝５１により、少量の制御油を意図的にリークさせ、これにより、制御油の滞留や劣化によるスラッジの発生を防止するようにしている。

従来の危急遮断装置１０Ｂを有するトリップシステムで行った試験結果と本実施例の危急遮断装置１０Ａを有するトリップシステムで行った試験結果との比較が、図５〜図７に示すグラフである。

図５〜図７において、“Original”が、従来の危急遮断装置１０Ｂを有するトリップシステムで行った試験結果である。従来の急遮断装置１０Ｂにおいて、各ピストン弁１４、１９〜２１の摺動面には溝は形成されていない。また、“R0.6”、“R0.8”及び“R1.0”が、本実施例の危急遮断装置１０Ａを有するトリップシステムで行った試験結果であり、図４を参照して説明すると、試験条件として、スパイラル溝５１のピッチを全て３ｍｍとし、スパイラル溝５１の溝深さを示す半径Ｒを、“R0.6”ではＲ＝０．６ｍｍ、“R0.8”ではＲ＝０．８ｍｍ、“R1.0”ではＲ＝１．０ｍｍとしている。

また、試験条件として、供給する制御油の温度Ｔは、Ｔ＝４７〜４９℃（通常供給範囲の温度）、又は、Ｔ＝約６０℃（使用限界の温度）の２条件とし、供給する制御油の圧力Ｐ０は、Ｐ０＝９ｋｇｆ／ｃｍ²、又は、Ｐ０＝１４ｋｇｆ／ｃｍ²の２条件とし、これらの条件を組み合わせて、合計４条件で試験を行った。なお、圧力Ｐ０は、図１に示す圧力計４１での圧力である。

そして、試験項目として、オイルリーク量（図５）と圧力低下量（図６及び図７）を計測した。ここで、図６は、図１に示す圧力計４２で計測した圧力Ｐ１と上記Ｐ０に基づき、圧力Ｐ１の低下量として、Ｐ１／Ｐ０×１００を示したものであり、また、図７は、図１に示す圧力計４３で計測した圧力Ｐ２と上記Ｐ０に基づき、圧力Ｐ２の低下量として、Ｐ２／Ｐ０×１００を示したものである。なお、図１に示すように、圧力計４２は排出装置３５（弁３６及びオリフィス３８と電磁弁３９との間）の配管に設け、圧力計４３は危急遮断装置１０ＡとＴＴＶ３１との間の配管に設けている。

図５のグラフに示すように、制御油のリーク量は、溝が深いほど（半径Ｒが大きいほど）増加しており、“R1.0”（溝深さが１．０ｍｍ）の場合は、“Original”（溝なし）の場合と比較して、制御油のリーク量が約３倍に増加した。

一方、図６及び図７のグラフに示すように、制御油の圧力低下量は、オイルリーク量が増加しても、大きく低下しておらず、いずれの条件であっても、圧力Ｐ１及びＰ２の低下量は、圧力Ｐ０に対し、１％以下の低下であった。

このように、スパイラル溝５１は、溝深さがＲ＝１．０ｍｍ程度までであれば、危急遮断装置１０Ａの前後での圧力低下も１％以下に抑えることができる。つまり、スパイラル溝５１の溝深さは、Ｒ＝１．０ｍｍ以下であれば良い。

なお、図２及び図３に示したスパイラル溝５１に代えて、図８に示すように、ピストン弁１４の摺動面に、ロッド１３ａの軸方向に沿う直線状の直線溝５２を複数形成し、また、図９に示すように、各ピストン弁１９〜２１の摺動面に、ロッド１８ａの軸方向に沿う直線状の直線溝５２を複数形成しても良い。ここでは、一例として、各ピストン弁１４、１９〜２１の摺動面に、９０°間隔で４つの直線溝５２を形成している。図８及び図９に示す直線溝５２も図２及び図３に示したスパイラル溝５１と同様の効果を得ることができる。

また、各ピストン弁１４、１９〜２１においては、全て同じ溝を設けるのではなく、あるピストン弁にはスパイラル溝５１を設け、他のピストン弁には直線溝５２を設けるなどして、スパイラル溝５１と直線溝５２を組み合わせるようにしても良い。更に、溝深さＲ＝１．０ｍｍ以下の範囲で、異なる溝深さのスパイラル溝５１、直線溝５２を設けるようにしても良い。

本発明は、圧縮機などを駆動するための蒸気タービンに好適なものである。

１０Ａ危急遮断装置
１２トリップピストン
１４ピストン弁
１５バネ
１７トリップ案内弁
１９、２０、２１ピストン弁
２２バネ
３１ＴＴＶ
５１スパイラル溝
５２直線溝

Claims

主塞止弁に対する制御油の供給を危急時に遮断して、前記主塞止弁を閉じる危急遮断装置において、
シリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記ピストンに付勢力を付与するバネと、前記ピストンに設けられた複数のピストン弁と、前記複数のピストン弁により隣接する前記ピストン弁同士の間に形成され、前記制御油の給排が行われる複数の室とを有し、
前記複数のピストン弁は、該ピストン弁よりも径の小さい接続部によって接続されていて、
前記室の前記制御油を軸方向に隣接する他の前記室にリークする溝を前記複数のピストン弁の摺動面に設け、
前記溝は、隣接する前記室同士を連通していることを特徴とする危急遮断装置。
請求項１に記載の危急遮断装置において、
前記溝は、前記複数のピストン弁の摺動面に形成された螺旋状のスパイラル溝であることを特徴とする危急遮断装置。
請求項１に記載の危急遮断装置において、
前記溝は、前記複数のピストン弁の摺動面に形成された、前記ピストンの軸方向に沿う直線溝であることを特徴とする危急遮断装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の危急遮断装置において、
前記溝の深さを１．０ｍｍ以下とすることを特徴とする危急遮断装置。
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の危急遮断装置において、
前記ピストンは、
第１ピストンと、前記第１ピストンが通常時の位置から危急時の位置に移動すると、通常時の位置から危急時の位置に連動して移動する第２ピストンとを有し、
前記複数の室は、
前記第１ピストンの前記ピストン弁により形成され、危急時に前記制御油を排出することにより、前記第１ピストンを通常時の位置から危急時の位置に移動させる移動用室と、
前記第２ピストンの前記ピストン弁により形成され、前記第２ピストンが通常時の位置のときに、前記主塞止弁に前記制御油を供給し、前記第２ピストンが危急時の位置のときに、前記主塞止弁の前記制御油を排出する主塞止弁用室と、を少なくとも有することを特徴とする危急遮断装置。