JPH03296644A - サーボ弁異常診断装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は特に蒸気タービンシステムの弁駆動装置の重要
な部品であるサーボ弁異常診断装置に関する。

（従来の技術） 蒸気タービンの主要蒸気弁弁駆動装置の代表的な電気油
圧式調速装置の制御系統を第１０図に示す。同図におい
て、蒸気加減弁１００の弁駆動装置は油圧シリンダー１
．サーボ弁２．しゃ新井３゜急速作動電磁弁４および弁
開度検出器５等から構成されている。

この蒸気加減弁サーボ系統を第１１図に示す弁駆動装置
廻りの制御ブロック図を参照してその動作を説明すると
以下のようになる。すなわち、弁開度要求信号６は加算
器７ａ、　７ｂを経て増幅器８に入力される。増幅器８
での出力信号９（サーボ弁２への入力信号）は微少電流
であり、この電流により図示しないサーボ弁のトルクモ
ータを動かしてサーボ弁２の油給油ライン、排出ライン
等を切り替える。

サーボ弁２への入力信号９とサーボ弁通過流量との特性
（流量ゲイン図）を第１２図に示すが、例えば入力信号
９が（＋）側に印加されると、制御油１０はしゃ新井３
．サーボ弁給油側ボート２Ｐを経てサーボ弁油シリンダ
ー側ポート２Ｃに流れ込む。この流れ込む油量は入力信
号レベルにほぼ比例しである一定の値にて飽和する。

油圧シリンダー１は流入してきた油により押し上げられ
る。すなわち蒸気弁１１を開方向に導びくが、油圧シリ
ンダー１の位置は弁開度検出器５により常に検出されて
おり、フィードバック信号１２が加算器７ｂに入力され
る。このため増幅器８への開度偏差信号１３は“ゼロ″
レベルとなる。そしてサーボ弁入力信号９も又“ゼロ”
となり一連の動きを停止させることになる。

関度要求信号６のレベルが低下した場合、上記説明とは
逆に開度偏差信号１３、サーボ弁入力信号９いずれも（
−）側になるために、サーボ弁２は制御油給油側ポート
２Ｐを塞ぎ、サーボ弁２の油圧シリンダーポート２ｃと
ドレンポート２Ｒを開口するために、油圧シリンダ−１
下部の圧力油はドレンポート２Ｒを経てドレン油１４化
される。また蒸気弁１１は閉方向に導びかれ、この動さ
はフィードバック信号１２のレベルを変化させ、再び変
化した開度要求信号６のレベルに見合った位置にて整定
し、−連の動きを停止する。

さて第１２図はサーボ弁２の入力信号レベル９に対する
流量特性を示した特性図であるが、入力信号レベル９が
“ゼロ”において油圧シリンダー側ポート２ｃよりドレ
ンポート２Ｒ側へある一定量Ｑｏが流れるように調整さ
れている。このＱｏはヌルバイアスと呼ばれるものであ
りサーボ弁２の定格流量（ＱＲ）に対して数％が一般的
な値である。サーボ弁２にヌルバイアスＱｏを設定する
理由はサーボ弁２への入力信号９が例えばサーボ弁への
信号ケーブルが損傷したり、あるいは増幅器８が異常と
なって信号出力が不可能となった場合、すなわち蒸気弁
１１の制御不能な状態に落ち入った場合、サーボ弁２の
油圧シリンダポート２ｃをドレンポート２Ｒに開放し、
弁を強制的に閉鎖させようとするものである。

（発明が解決しようとする課題） このように蒸気タービンのような信頼性が要求される機
器においては、事故時安全に停止できるフェイルセーフ
機能を有することが必要であり。

このためサーボ弁のヌルバイアス調整は非常に重要なも
のとなる。サーボ弁のヌルバイアスの重要性については
上記した通りであるが、ヌルバイアスはω制御油ライン
の異物の詰り、■サーボ弁弁内部部品（例えば噴射管）
の経年的変形、■サーボスプール部等のエロージョン、
に）内部摺動部品の異物の噛み込み等によって設定値よ
り外れることがある。

しかしながら、第２図に示すように弁位置制御回路が閉
ループ制御であるためにサーボ弁２に僅かな異常が発生
したとしても自動的に補正され発見が遅れる傾向にある
。ヌルバイアスのズレが極端な場合は入力信号９がゼロ
となっても給油側ポートよりドレンポートに切り替わら
ないために弁は全閉のままであったり、サーボ弁２に定
格電流を流し最大流量を確保しようとしても確保できず
、弁の開閉速度が十分得られない等の技術的問題を発生
する。

従がって従来技術においてはサーボ弁を定期的に油圧シ
リンダーより取り外しサーボ弁単体にてヌルバイアス量
を確認し、設計値より外れた場合は再調整して使用して
きたが、この方法はヌルバイアス量がズしているサーボ
弁を運転中に使用している可能性もあり、信頼性の点で
問題を残すものである。

本発明の目的は、運転中において機器に取付けたままの
状態でサーボ弁のヌルバイアス量を簡易的に測定し、さ
らに正常かどうかを判断するサーボ弁などの弁異常診断
装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のサーボ弁異常診断装置は、弁開度要求信号、加
算器、増幅器、サーボ弁、油圧シリンダ、開度検出器等
により構成される弁位置制御回路において、弁開度要求
信号に接続される開閉方向用弁テスト関数発生器、サー
ボ弁入力電流を測定する入力電流測定器、入力電流測定
器よりの信号を平均化し、サーボ弁ヌルバイアス電流値
を算出するヌルバイアス平均化回路、ヌルバイアス設計
値と比較演算して警報を発する警報発生器とを設置した
ことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明においては、定期的に弁開閉試験を利用して弁の
動作異常の有無を確認することができるとともに、従来
のサーボ弁単体でのヌルバイアス量測定および異常診断
をサーボ弁を駆動系がら取り外すことなくして実施する
ことができる。さらにサーボ弁のヌルバイアス量変化特
性を経時的に把握したり、あるいは予備品などを先行し
て準備することがなくなり、信頼性の向上に大きく寄与
する。

（実施例） 以下本発明を第１図に示す一実施例を参照して説明する
。第１図において第１０図および第１１図と同一符号は
同一部分を示すものであるからその説明を省略する。

第１図において、従来の第１１図の制御系に対して本発
明で付加した構成要素は、弁テスト時の開閉方向用弁ラ
スト関数発生器２０ａ、　２０ｂ、弁テストスイッチ１
５、弁開度要求信号６との加算器７ａ、フィードバック
信号１２を入力信号としあるタイミングにてサーボ弁２
への微少電流を測定するサーボ弁入力電流測定器２１、
開閉方向のサーボ弁ヌルバイアス電流平均値を算出する
ヌルバイアス平均化回路２２．ヌルバイアス設定値２３
と比較するための加算器２４、ヌルバイアス設定値２３
との差がある基準値を超えた場合警報を発生する警報発
生器２５である。

本発明におけるサーボ弁２のヌルバイアス量は厳密には
流量を基本とするものであるが、サーボ弁２の入力電流
値と比例関係にあり、又弁駆動装置をある一定開度に保
持する場合、サーボ弁より弁駆動装置側への油量はほぼ
“ゼロ”に等しく、その時のサーボ弁への入力電流がヌ
ルバイアス値となることを応用したものである。又弁駆
動装置は通常運転時ある一定開度に保持するような運転
状態を造り出すことは不可能に近いが、従来より弁の開
閉状況を定期的に調査する弁テスト時にある一定開度を
保持することは比較的容易に受は入れられることを考慮
したものである。

開閉方向用弁テスト関数発生器２０ａ、　２０ｂは、第
４図に示すように横軸を時間（ｔ）、縦軸を弁開度信号
（Ｑ）とする関数発生器であり、弁テストスイッチの切
替えにより弁開度要求信号６との加算７ａに信号を出力
する。尚任意の弁開度（α）％にてΔを時間度が保持さ
れるよう関数値が工夫されている。

サーボ弁入力電流測定器２１は弁閉方向α％開度および
弁開方向α％開度時（弁フィードバック信号１２にて判
断する。）サーボ弁２への入力電流９を測定しヌルバイ
アス平均化回路２２にその値を出力する機能を有するも
のである。第２図はサーボ弁２の流量ゲイン特性図（第
１２図）と共に重要な特性図である圧力ゲイン特性図を
示めすものである。第２図においてサーボ弁２への入力
信号９が（−）側より（＋）側に増加した場合１０の入
力電流において、第６図のサーボ弁２の給油側ポート２
Ｐより油圧シリンダー側ポート２ｃへの油の流れ込みが
あることを、又入力信号９が（＋）側より（−）偏に減
少した場合１２の入力電流において油圧シリンダー側ボ
ート２ｃよりドレンボート２Ｒへの油の流れ込みが各々
あることを示めしているものである。

この第２図において、弁開度をある一定開度に保持した
場合は油圧シリンダーへの油の流出入はないことより、
サーボ弁への入力電流も１１又１２となっている。すな
わちサーボ弁のヌルバイアス量に相当する電流でありこ
の電流値をヌルバイアス平均回路２２に送信することに
なる。

ヌルバイアス平均化回路２２では１＝（ｉ工＋１２）／
２を計算し、さらにサーボ弁の定格電流値（ｉＲ）との
比に＝ｉ／ｉＲを加算２４へ出力する。ヌルバイアス設
定値２３では初期（正常）状態でのヌルバイアス量ＫＲ
が設定されており、加算器２４では結局のところ（Ｋ−
に、）が計算される。警報発生器２５ではこの値がある
範囲を超えた場合異常信号を運転員、計算器等の外部に
出方することになる。

次にこのように構成された本発明の弁異常診断装置の作
動を第３図に示すサーボ弁異常診断装置機能説明流れ図
および第１図によって説明する。

定期的に行なわれる弁開閉テスト時に運転員は、第１図
の弁テストスイッチ１５を中間状態（Ｃ）より閉方向用
弁テスト関数発生器２０ａに切替る。このため第４図に
示すように弁開度要求信号６は一定であるが、加算器７
ａの後の要求信号は時間と共に減少し、時刻Ｔよには一
定な開度（６−α）％の位置に達する。

この時点において第２図におけるサーボ弁２の閉方向ヌ
ルバイアス量相当入力電流１１を測定するようサーボ弁
入力電流測定器２１が作用し、その値をヌルバイアス平
均化回路２２へ送信する。測定完了後（Δを後）に再び
弁は閉方向用弁テスト関数発生器２０ａの出力信号が増
加するために一定速度にて第４図の閉まり時刻１２時に
全開となる。

運転員は弁全開状態より第４図の時刻Ｔ３に弁ラストス
イッチ１５を開方向用弁ラスト関数発生器２０ｂ側に切
替える。このため加算器７ａ後の開度要求信号は時間と
共に増加して時刻Ｔ４には一定な弁開度（６−α）％の
位置に達する。

この時点において第２図のサーボ弁２の開方向ヌルバイ
アス量相当入力電流ｉ４を測定するようサーボ弁入力電
流測定器２１が作用し、その値をヌルバイアス平均化回
路２１へ送信する。第４図における測定完了後（Δを後
）に再び弁は、開方向用弁テスト関数発生器２０ｂ出力
信号が減少するために、一定速度にて開き時刻１５時に
通常弁開度位置に戻る。

一方第２図の閉方向ヌルバイアス入力電流１１および開
方向の値１２を入力したヌルバイアス平均化回路２１で
は、１＝（ｉよ＋１２）／２が算出され、さらにサーボ
弁２の定格電流値軸との比に＝ｉ／ｉ＊が計算される。

このＫとヌルバイアス設定値２３（Ｋβ）とが比較演算
され、ＩＫ−にβ１がある範囲（β）を超える場合、す
なわち第５図にて示す斜視領域以外の流量ゲイン特性（
線１０と線２□とで示す区画）となっている場合サーボ
弁ヌルバイアス値が異常と判断されて警報を発すること
になる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明においては、かくして運転員は定例
的に行なわれている弁開閉試験を利用して弁の動した異
常の有無を確認するとともに、従来定検時等を利用して
行なってきたサーボ弁単体でのヌルバイアス量測定およ
び異常診断をサーボ弁を駆動製靴から取り外すことなく
して実施することが可能となった。さらにはサーボ弁の
ヌルバイアス量変化特性を経時的に把握したりあるいは
予備品等を先行し準備する等本発明が信頼性向上へ寄与
する度合は非常に大と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーボ弁異常診断装置の一実施例を示
す制御ブロック構成図、第２図はサーボ弁の圧力ゲイン
特性図、第３図は本発明の詳細な説明するためのフロー
チャート図、第４図は弁開閉テスト時の弁開度操作説明
図、第５図はサーボ弁ヌルバイアス異常時の流量ゲイン
特性図、第６図は一般的な蒸気加減弁サーボ系統図、第
７図は従来のサーボ弁駆動装置を示す制御ブロック図、
第８図はサーボ弁流量ゲイン特性図である。 １・・・油圧シリンダ　　　　　２・・・サーボ弁３・
・・遮断弁　　　　　　　　４・・・急速作動電磁弁５
・・・弁開度検出器　　　　　６・・・弁開度要求信号
７・・・加算器　　　　　　　　８・・・増幅器９・・
・サーボ弁入力信号　　　１０・・・制御油１１・・・
蒸気弁　　　　　　　　１２・・・フィードバック信号
１３・・・開度偏差信号　　　　　１４・・・ドレン油
１５・・・弁テストスイッチ ２０ａ・・・閉方向用弁テスト関数発生器２０ｂ・・・
開方向用弁テスト関数発生器２１・・・サーボ弁入力電
流測定器 ２２・・・ヌルバイアス平均化回路 ２３・・・ヌルバイアス設定値　　２４・・・加算器２
５・・・警報発生器　　　　　　２Ｐ・・給油側ボート
２Ｃ・・・油圧シリンダ側ボート　２Ｒ・・・ドレンボ
ート（８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃
（ほか１名）Ｔ１ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁開度要求信号、加算器、増幅器、サーボ弁、油圧シリ
   ンダ、開度検出器等により構成される弁位置制御回路に
   おいて、弁開度要求信号に接続される開閉方向用弁テス
   ト関数発生器、サーボ弁入力電流を測定する入力電流測
   定器、入力電流測定器よりの信号を平均化し、サーボ弁
   ヌルバイアス電流値を算出するヌルバイアス平均化回路
   、ヌルバイアス設計値と比較演算して警報を発する警報
   発生器とを設置したことを特徴とするサーボ弁異常診断
   装置。