JPH02241907A - 混気式ターボ発電機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、船舶用の混気式ターボ発電機（混気式ター
ビン発電機ともいう）の制御方法に関するもので、更に
詳しくは混気式タービンの混気弁を制御する方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 混気式ターボ発電機は、単一の高圧蒸気を導入する車圧
タービンと違って、高圧の主蒸気とともにこれよりやや
圧力の低い蒸気（以下、低圧蒸気という）を少なくとら
一段導入して駆動される混気タービンを備えた発電機で
ある。前記湿気タービンは、車圧タービンと同様に、船
舶の推進用主機の排ガスエネルギーをエコノマイザで回
収し、その回収熱で蒸気化した蒸気を用いて駆動される
。しかし、高圧蒸気のほかに低圧蒸気を利用することが
できるので、車圧タービンに比べて熱回収効率に優れ、
省エネルギー化が図れるという利点がある。なお、混気
タービンにおいては、タービンの回転速度を一定に制御
する調速ガバナ（調速機ともいう）により操作され、高
圧蒸気の導入量を調節するガバナ弁のほかに、低圧蒸気
の導入量を調節する混気弁を備えている。

前記した主機の排ガスエネルギーによるターボ発電機だ
けでは船舶の航海に必要な電力供給が不足する場合もあ
るため、通常は、ターボ発電機とともにディーゼル発電
機などの他の発電機を搭載しておき、両方の発電機を並
列運転して電力を供給するというのが一般的である。

ところで、混気ターボ発電機では、ガバナ弁とともに混
気弁の開度し制御して低圧蒸気のタービン内への導入量
を調整する必要があるが、混気弁の制御は、従来、前記
ガバナ弁があらかじめ設定された開度（例えば、６０％
）まで開放されたときに、ピストン式の混気弁を断続的
に完全開放又は完全閉鎖するいわゆる０Ｎ−ＯＦＦ制御
したり、或はあらかじめ設定された開度でガバナ弁が一
定になるように（第４図参照）、リフト式の混気弁を制
御するという方法が一般的であった。後者の制御方法に
ついて詳しく説明すると、混気弁６（第１図参照）のリ
フト量（開度）をＭとし、ガバナ弁４（第１図参照）の
リフト量をＧとすると、ターボ発電機１（第１図参照）
の出力（負荷）が第４図に示すように一定の値Ａ２にな
るまでガバナ弁４のリフト量Ｇを徐々に増大させた後、
ターボ発電機ｌの出力が６２になるまで混気弁６をリフ
トさせて、ガバナ弁４のリフト量Ｇを一定に保持する。

モして混気弁６のリフト量Ｍが最大（１００％）になっ
たときに、ガバナ弁４のリフトｆｆ１Ｇを再び増大させ
るという方法であった。

その他の先行技術として、ガバナ弁（蒸気加減弁）の開
度を制御するために、調速ガバナと調圧ガバナとを備え
たターボ発電機に関する発明（特開昭５８−１８６：１
３９号）があるが、これは車圧式タービン発電機に関す
るものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来の制御方法では次のような
不都合があった。すなわち、前記混気ターボ発電機と例
えばディーゼル発電機とを並列運転する場合に、ディー
ゼル発電機の方は負荷変動（負荷増大）時にある程度回
転数が落ちるようにドループを持たせであるので、負荷
が増大すると、ディーゼル発電機の出力が僅かに低下す
る。これに対してターボ発電機の方は、前者の場合には
、負荷が増大した際にピストン式混気弁が開放されると
、タービンの回転数が急激に上がってディーゼル発電機
の負荷がターボ発電機に移り、両者の負荷にアンバラン
スを生じる。また後者の場合には、ガバナ弁のリフト量
（開度）が一定に保持されているので、負荷か増大して
もタービンの回転数がほとんど低下せず、前者と同様に
ディーゼル発電機の出力よりも高くなる。このため、デ
ィーゼル発電機とターボ発電機との負荷分担が不均衡に
なるうえに、−旦不均衡が生じると負荷分担の大きい方
（この場合はターボ発電機）に負荷が移って負荷分担の
不均衡が一層増大したり、負荷分担の不均衡に伴って混
気弁が頻繁にハツチングを起したりするという問題点が
あった。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたもの
で、混気式ターボ発電機を他の発電機と並列運転する場
合に、両売電機の分担電力をあらかじめ設定した分担割
合で安定させることができる、混気式ターボ発電機の制
御方法を提供することを主な目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するためにこの発明の制御方法は、
調速ガバナにより操作されるガバナ弁を介して高圧蒸気
を導入すると共に、混気弁を介して低圧蒸気を導入する
ことにより駆動される混気タービンを備え、他の発電機
と並列運転される混気式ターボ発電機の制御方法であっ
て、前記混気弁を前記ガバナ弁の開度に対応して所定の
関数で開閉させ、湿気タービンにその全出力域で他の発
電機のドループと相応するドループ特性をもたせるによ
うにしている。

また、前記混気弁を、前記ガバナ弁の開度変化に対し一
次遅れで開閉させることが好ましい。

さらに、前記湿気弁の最大開度を制限することが好まし
い。

［作用］ 上記した本発明の制御方法によれば、混気タービンのガ
バナ弁の開度に対応して所定の比率で混気弁の開度が調
整される。したがって、例えば電力供給量が増えて、他
の発電機とともに混気式ターボ発電機の出力を増大さ仕
る必要かあるときには、ガバナ弁の開度が増大し、これ
に伴って混気弁の開度し増大する。このため、混気式タ
ーボ発電機（混気タービン）にもこれと並列運転される
他の発電機（駆動装置）と同様に、その全出力域でドル
ープをもたせることができ、出力増加直後は両売電機と
もに一旦回転数が低下するので、両者の負荷分担に不均
衡が生じず、常に安定する。

また、請求項２記載の制御方法によれば、混気弁はガバ
ナ弁の開閉度の変化に即応せず、ガバナ弁の開閉度がほ
ぼ安定した状態で開閉度が制御されるため、混気弁及び
ガバナ弁の開閉度の変化が小さく抑えられ、それらの制
御が安定する。

さらに、請求項３記載の制御方法によれば、混気弁の最
大開度が制限されているので、低圧蒸気の圧力が比較的
高い場合にも、高圧蒸気の導入量を制御するガバナ弁に
より、混気タービンの回転数を正確に制御できる。

［実施例］ 以下、この発明の制御方法の実施例を図面に基づいて説
明する。

第１図は本発明の制御方法を実施するための混気式ター
ボ発電機を備えた制御系統図、第２図は本発明の制御方
法に基づいた制御装置の制御回路を示すブロック図、第
３図は本発明の制御方法によるガバナ弁と混気弁の開度
の相対関係を示す線図である。

第１図において、混気式ターボ発電機の混気タービン１
は、高圧ドラム（補助ボイラ）２からの高圧蒸気および
低圧ドラム３からの低圧蒸気（混気）の導入によって駆
動される。タービン１の一端の高圧蒸気供給口には、ガ
バナ弁４が配設されており、このガバナ弁４は、タービ
ン１の回転数を一定に制御する調速ガバナ５によって操
作されその開度が調整される。また、タービン１の中段
の低圧蒸気供給口には、前記低圧蒸気の導入量を調節す
るための混気弁６と、緊急時に低圧蒸気の導入を遮断す
るための遮断弁６ｂとが順に配設されている。なお、遮
断弁６ｂの開閉操作は安全装置１１によって行われる。

推進用主機（図示せず）から排出される排ガスＨの通路
１５にエコノマイザＥが配備され、エコノマイザＥの熱
回収管Ｐｉ、　Ｐ２及びＰ３が、排ガスＨの高温側から
低温側にかけて順番に設けられている。熱回収管Ｐ２は
、前記高圧ドラム２からの循環路２ａの途中に介設され
、高圧ドラム２内の水が循環ポンプ９ａにより熱回収管
Ｐ２に送られ、そこで蒸気になって高圧ドラム２に戻さ
れる。また同様に、熱回収管Ｐ３は、前記低圧ドラム３
からの循環路３ａの途中に介設され、低圧ドラム３内の
水が循環ポンプ９ｂにより熱回収管Ｐ３に送られ、そこ
で蒸気になって低圧ドラム３に戻される。高圧ドラム２
には、高圧蒸気の送給管ＩＱａが接続され、送給管１０
ａの途中から分岐された分岐管ＩＱｃの途中に前記熱回
収管Ｐｉが介設されている。そして、その熱回収管Ｐ１
は、高圧蒸気を更に加熱するスーパーヒーターとして作
用し、熱回収管Ｐ１により再加熱された高圧蒸気が前記
ガバナ弁４を介してタービンｌに導入され、タービンｌ
の主駆動源となる。また、低圧ドラム３には、低圧蒸気
の送給管１０ｂが接続され、低圧蒸気がその送給管ｌｏ
ｂ及びこれの途中から分岐された分岐管６ａを経由し混
気弁６を介してタービンｌに導入され、タービンｌの補
助駆動源となる。なお、タービンｌに導入する前記低圧
蒸気は本実施例では１段だけであるが、適宜複数段設け
ることができる。

前記タービンｌの他端の蒸気排出口には、コンデンサ１
２が接続されており、タービンＩ内を通過した蒸気かコ
ンデンサ１２によって凝縮され、復水してその水がポン
プ１３により前記ドラム２及び３に循環される。また前
記高圧蒸気の送給管１０ａの途中からバックアップ用蒸
気の供給管１０ｃｌが分岐されており、この供給管１（
ｌｄを経由して高圧ドラム２から低圧ドラム３の蒸気送
給管１０ｂにバックアップ用蒸気が供給される。なお、
供給管１０ｄには、圧力制御ｉ１６により開閉操作され
る開閉弁１７が介装されている。

７は前記混気弁６を制御するためのシーケンサ−又はマ
イクロプロセッサ−などの制御装置で、本実施例ではシ
ーケンサ−７が本発明の制御方法に基づいた制御を行う
。このため、シーケンサ−７からは混気弁６に弁開閉信
号Ｓ３が出力されるが、その電気的な弁開閉信号Ｓ３が
これを空気圧に変換するＥ／Ｐ変換器８を介して空気圧
に変換され、混気弁６の開度が調整されるようになって
いる。一方、シーケンサ−７には、前記ガバナ弁４のリ
フト量（開度）がセンサー４ａにより検知され、リフト
信号Ｓｔとして入力されるようになっている。またその
他の制御情報として、低圧ドラム３から送給される低圧
蒸気圧が、圧力を電気信号に変換するＰ／Ｅ変換器１８
を介して圧力信号Ｓ２としてシーケンサ−７に入力され
るほか、主機の負荷信号■、排ガスダンパーＤの切替信
号■、高圧ドラム２の燃焼中を示す信号■、安全装置１
１の作動信号■、電力供給の中止信号■などが入力され
る。

次に、前記シーケンサ−７の制御回路を第２図に基づい
て説明する。

図において、ガバナ弁４（第１図）のリフト量をセンサ
ー４ａ（第１図）で検知し、その弁４のリフト量に関す
るアナログ信号Ｓｌがシーケンサ−７に入力されると共
に、混気用低圧蒸気の圧力値を表すアナログ信号Ｓ２が
シーケンサ−７に入力される。またそれらのアナログ信
号Ｓｔ、Ｓ２は、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号
に変換される。

そして、前記デジタル信号に基づいて、図中の線図Ｋに
示す制御回路２２によって、ガバナ弁４のリフトＩＧが
一定値Ｘｌ（例えば、８ｎｎ＋　）に達した時点で、混
気弁６のリフトを開始し、ガバナ弁４のリフト量Ｇに対
し所定の関数（例えば、１．５倍）で混気弁６をリフト
させよという制御信号が出力される。ガバナ弁４のリフ
ト量（開度）Ｇに対する混気弁６のリフト量（開度）Ｍ
の関数（比率）は、混気用低圧蒸気の圧力値（４ｋｇ／
ａｍ”、１．８５ｋｇ／ｃｍ”　）　ニ基ツイテ線図に
のように設定される。さらにガバナ弁４のリフト量Ｇが
一定値Ｘ２（例えば、２０ａ＋ａ）に達した時点で、混
気弁６のリフト量（開度）Ｍが制限され、例えば蒸気圧
が４ｋｇ／ｃｍ”の場合は最大リフト量（最大開度）を
４５％に、蒸気圧が１．８５ｋｇ／ｃｍ”の場合は最大
リフト量（最大開度）を７０％にそれぞれ制限される。

このように混気弁６の最大開度を制限した理由は、混気
用の低圧蒸気圧が比較的高い場合に、混気弁６を開度１
００％まで完全開放すると、タービン１の主駆動源であ
る高圧（主）蒸気の導入量が逆に制限されることがあり
、調速ガバナ５で操作されるガバナ弁４により高圧蒸気
の導入量を制御しても、タービンｌの回転数を正確に制
御できないおそれがあるからである。

また、前記デジタル信号に基づく混気弁６のリフト量Ｍ
の制御は、ガバナ弁４のリフト量Ｇの変化に即応して逐
次行われるのではなく、図中の線図りに示す一次遅れ回
路（この−次遅れによる伝達関数は１／Ｔｓ＋１である
）２３を介して制御信号が出力されることにより、やや
遅れてゆっくりと行われる。なお、本実施例では一次遅
れ回路を使用しているが、Ｐ、１．Ｄ、制御回路でも同
様な制御が行われる。

上記のような手順で処理されたデジタル制御信号は、Ｄ
／Ａ変換器２４によりアナログ制御信号（弁開閉信号）
Ｓ３に変換されて出力された後、さらに前記Ｅ／Ｐ変換
器８（第１図）により空気圧に変換され、混気弁６のリ
フト量（開度）が制御される。

なお、主機負荷が５０％以上という信号■及び排ガスＨ
のダンパーＤが開放しているという信号■以外の信号が
入力された場合であって高圧ドラム２（第１図）の蒸気
圧が１ｋｇ７ｃｍ”以上の信号■が入力されたとき、安
全装置１１（第１図）が作動中の信号■が入力されたと
き、或は電力供給中止の信号■が入力されたときは、混
気弁６を閉鎖せよという制御信号が出力される。

したがって、前記混気弁６は、上記したシーケンサ−７
によって第３図に示すように制御される。なお、その制
御態様を分かり易くするために第４図に示した従来例と
対比させて説明する。すなわち、従来の制御方法では、
第４図のように混気タービンｌ（第１図）の出力（負荷
）が一定値Ａ２になるまでガバナ弁４（第１図）が開放
された後は、混気弁６が完全開放されるまでリフトし始
めてガバナ弁４の開度は一定に保たれるように制御され
ていたことは上記したとおりである。これに対し、本発
明の制御方法では、第３図に示すように混気タービンｌ
（第１図）の出力がある一定値Ａ【になるまではガバナ
弁４だけがリフトするが、その後は混気弁６が、ガバナ
弁４のリフト量（開度）Ｇに対応して一定関数で線図Ｍ
のようにリフトする。そして、混気弁６の開度があらか
じめ設定された開度に達して混気タービンｌの出力がＢ
ｌになると、再びガバナ弁４だけがリフトし始め、ガバ
ナ弁４が完全開放されろと出力がＣ１になる。この結果
、混気タービン１が、これと並列運転される他の発電機
、例えばディーゼル発電機のディーゼル機関（図示せず
）のドループに相応するドループをその全出力域でもつ
ことができるようになり、例えば供給電力が上がって出
力負荷が増大したときは、その直後にそれらのドループ
特性により両者ともに一旦回転数が低下することになる
ので、両者の負荷分担に不均衡が生じず、常に負荷分担
が安定する。なお、上記実施例では、混気弁４が１つの
場合について説明したが、本発明の制御方法は、混気弁
４を複数設けて圧力の異なる混気（低圧蒸気）をタービ
ンｌに多段的に導入する場合にも同様に実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明の制御
方法は下記の効果を奏する。

（１）混気式ターボ発電機にもこれと並列運転される他
の発電機と同様に、その全出力域でドループをもたせる
ことができ、両党電機の負荷分担に不均衡が生じず、負
荷分担が常に安定し、混気弁のハツチングも防止できる
。

（２）請求項２記載の制御方法によれば、混気弁はガバ
ナ弁の開閉度の変化に即応せず、やや遅れてゆっくりと
その開度が制御されるため、混気弁及びガバナ弁の開度
の変化が小さく抑えられ、それらの制御が安定する。ま
たこのことにより、制御回路が簡単になり、マイクロプ
ロセッサ−よりも安価なシーケンサ−を使用できるよう
になった。

（３）請求項３記載の制御方法によれば、混気弁の最大
開度が制限されているので、混気用の低圧蒸気に圧力が
比較的高い蒸気を用いても、高圧蒸気の導入量を制御す
るガバナ弁により、混気タービンの回転数を正確に制御
できる。また混気用蒸気に比較的圧力の高い蒸気を使用
できるので、排ガスエコノマイザ−の熱回収管の低温腐
食を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を実施するための混気式ター
ボ発電機を備えた制御系統図、第２図は本発明の制御方
法に基づいた制御装置の制御回路を示すブロック図、第
３図は本発明の制御方法によるガバナ弁と混気弁の開度
の相対関係を示す線図である。第４図は第３図に対応す
る従来例の線図である。 １・・・混気タービン、２・・・高圧ドラム、３・・・
低圧ドラム、４・・ガバナ弁、５・・・調速ガバナ、６
・・・混気弁、７・・・シーケンサ−８・・・Ｅ／Ｐ変
換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、調速ガバナにより操作されるガバナ弁を介して高圧
   蒸気を導入すると共に、混気弁を介して低圧蒸気を導入
   することにより駆動される混気タービンを備え、他の発
   電機と並列運転される混気式ターボ発電機の制御方法で
   あって、前記混気弁を、前記ガバナ弁の開度に対応して
   所定の関数で開閉させることを特徴とする混気式ターボ
   発電機の制御方法。 ２、前記混気弁を、前記ガバナ弁の開度変化に対し一次
   遅れで開閉させる請求項１記載の混気式ターボ発電機の
   制御方法。 ３、前記混気弁の最大開度を制限した請求項１又は２記
   載の混気式ターボ発電機の制御方法。