JPH0368278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば蒸気タービンを原動機とする
発電プラントのドレン系統などのように、高温高
圧のドレンを保有する機器と、ドレンの排出を受
容する機器とを接続する配管中にドレン排出制御
弁を設け、この制御弁を非常用ドレン排出信号に
よつて開弁制御する緊急ドレン排出系統におい
て、緊急ドレン排出作動の際のハンマリング現象
を抑制する装置に関するものである。

〔発明の背景〕

第１図は上に述べた緊急ドレン排出系統を有す
る給水加熱器の一例を示す系統図である。本例に
おいては、給水加熱器１で発生したドレンは通常
運転中には常用ドレン排出系統２，３を通つて脱
気器４及び低圧給水加熱器５へそれぞれ排出され
る。脱気器４側へのドレン排出と低圧給水加熱器
５側へのドレン排出とはタービン負荷によつて切
替れられるのが一般的な運用方法である。ここ
で、常用ドレン排出系統２および３には水位調節
弁６及び７が設置されており、その弁開度は水位
検出器１６からの信号を入力して比例・積分演算
する常用水位制御装置８および９により調節さ
れ、給水加熱器１の水位が標準の水位になるよう
に制御されている。また、緊急ドレン排出系統１
０にはドレン排出制御弁１１が設置されており、
その弁開閉は給水加熱器１の水位が標準水位より
も高い位置に設けられた水位検出器１２からの信
号を入力されて比例・積分演算する非常用水位制
御装置１７により制御されている。この場合のド
レン排出先は、最も圧力の低い復水器１３であ
る。

この様に構成された給水加熱器緊急ドレン排出
系統１０において、このドレン排出制御弁１１に
ドレン水位調節計１７から非常用ドレン排出信号
１８が送信され、該制御弁１１が開くと、その上
流側は単相流となり、下流側は気流二相流とな
る。下流側が気液二相流になる理由は、下流に接
続されている復水器１３が低圧だからである。と
ころが、ドレンの通水初期状態においては、前記
制御弁１１と前記復水器１３とを結ぶドレン配管
１４に溜つているドレンが、前記ドレン排出制御
弁１１の開弁により熱水に触れて加熱、加速され
て二相流の状態となつてドレン配管１４を通過す
る。この時、二相流流体が相変化を伴う流体であ
るため、ドレンが配管内で沸騰、凝縮を繰返し、
二相流ハンマリング現象が起こる。また、この二
相流の流動様式がスラグ流に近い流れになると不
安定流動が生じ、これによりハンマリング現象が
間欠的に起こる。さらに、ドレン配管１４のベン
ド部や立上り配管に、過渡的に加速されて二相流
状態にある飽和水が衝突する場合、あるいは、二
相流状態にあるドレンが単相流に遷移し衝突する
場合に熱水衝突によるハンマリング現象が起こ
る。これら一連のハンマリング現象は、前記ドレ
ン配管１４のドレンの内圧を急激に上昇させる原
因となり、その大きさによつては制御弁１１又は
ドレン配管を破壊させ、プラントの信頼性を低下
させる要因となつている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記したドレン排出系統のドレ
ン制御弁を開閉する時に発生する種々のハンマリ
ング現象によつて起こる急激な圧力上昇を抑制
し、プラントの信頼性を向上させることにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成させるため、本発明の抑制制
御装置は、高温高圧のドレンを保有する機器と、
ドレンの排出を受容する機器とを接続する配管中
にドレン排出制御弁を設け、この制御弁を非常用
ドレン排出信号によつて開弁制御する緊急ドレン
排出系統において、前期ドレン排出制御弁の上流
側の配管に圧力検出器を設けるとともに該弁の下
流側の配管に温度検出器及び圧力検査器を設け、
かつ、上記各検出器の検出信号に基づいてドレン
排出制御弁を開閉制御する自動制御手段を設け
て、ドレン配管内のハンマリング現象を防止し得
べく為したることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を第２図乃至第４図に
ついて説明する。この実施例は前述と従来形給水
加熱器緊急ドレン排出系統（第１図）に本発明を
適用してハンマリング現象を抑制し得るように改
良した実施例で、第１図と同一図面参照番号を附
した給水加熱器１、常用ドレン排出系統２，３、
脱気器４、低圧給水加熱器５、水位調節弁６，
７、水位検出器１２，１６及び水位制御装置８，
９，１２は従来装置におけると同様乃至は類似の
構成部材である。

ドレン排出制御弁１１の上流側のドレン配管１
５に圧力検出器２１を設けると共にドレン排出制
御弁１１の下流側のドレン配管１４に圧力検出器
２２及び温度検出器２３を設け、かつ、ハンマリ
ング現象を抑制するための自動制御手段２０を設
けて、圧力検出器２１の信号出力２４、圧力検出
器２２の信号出力２５、温度検出器２３の信号出
力２６、水位検出器１２の信号出力２７、並びに
非常用水位制御装置１７の信号出力２８を該自動
制御手段２０に入力させるように構成する。この
自動制御手段２０は、第３図について後に詳述す
る構成、機能を有し、入力された信号に基づいて
演算を行ない、ハンマリング現象を抑制し得るよ
うにドレン排出制御弁１１を開閉制御する。

第３図は上記自動制御手段２０の具体的構成の
一例を示すブロツク線図である。

上記自動制御手段２０は、前記圧力検出器２１
の信号出力２４を入力しドレン配管１４に溜つた
冷水ドレンを徐々に温ためるに最適な流動ドレン
量を予測演算しそれを弁開度出力に換算出力する
初期開度演算器３０と、前記温度検出器２３の信
号出力２６を入力し該検出温度に対応する飽和蒸
気圧力信号３５を算出する演算器３４と、該飽和
蒸気圧力信号３５と前記圧力検出器２２の信号出
力２５とを入力し該検出圧力と該飽和蒸気圧力と
の差圧信号３７を算出する演算器３６と、弁操作
起動用水位設定器４４と、該水位設定器４４の信
号出力４５と前記水位検出器１２の出力信号とを
入力しドレン排出制御弁１１の操作開始時期を予
測する先行操作信号４７を算出する演算器４６
と、上記先行操作信号４７により前記水位制御装
置１７の信号出力２８及び前記初期弁開度演算器
３０の信号出力３１を切換える信号選択器３２，
４８と、弁開度変化率デイン設定器３８と、該設
定器３８の信号出力３９と、上記信号選択器４８
の信号出力４１及び前記差圧信号３７とを入力
し、許容弁開度変化率を演算して弁開度を徐々に
増加させてゆく弁操作信号４２を算出する弁徐開
信号演算器４０と、上記弁徐開信号演算器４０の
信号出力４２と前記信号選択器３２の信号出力３
３とを加算演算して前記ドレン排出制御弁１１の
対して弁操作信号２９を与える加算器４３とによ
つて構成されている。

次に、第３図に示す演算器３０の機能について
説明する。

例えば給水加熱器１のドレン水位が何らかの原
因で異常に上昇した場合、弁操作起動用水位設定
器４４の信号出力値４５が、前記水位調節計１７
による水位調節信号２８よりも低い値になつてい
るため、前記水位調節計１７の信号出力２８が制
御弁１１を開くに必要な値となる前に上記演算器
４６により、上記信号選択器４８及び３２に先行
操作信号４７が発信される。すると、前述した如
く、上記初期弁開度演算器３０の信号出力３１が
上記加算器４０へ、上記水位調節計１７の信号出
力２８が上記弁徐開信号演算器４０へそれぞれ送
信される。この時、前記水位調節計１７の信号出
力２８は、ドレン水位が水位調節計の水位設定値
よりは低い値であるため弁開の信号値となつてい
る。したがつて、ドレン水位が上昇して上記水位
設定値よりも高くなるまで弁１１には上記初期弁
開度演算器３０の信号出力３１のみが入力される
こととなる。

上記初期弁開度演算器３０は、ドレン排出制御
弁１１が開弁する際、ドレン配管内の冷水ドレン
と高速流ドレンとの混合によつて生じる二相流ハ
ンマリングを抑制し得る開度を算出して発信す
る。

また、上記演算器３０は、ドレン排出量と密接
な関係がある弁前圧力を前記の圧力検出器２１に
よつて検出し、この検出信号２４に基づく信号よ
り初期弁開度を演算する機能を有しているので、
タービンの負荷に伴つて弁前の圧力が変化した場
合も常に初期ハンマリングを抑制できる最適の初
期弁開度を算出してドレン排出制御弁１１に与え
ることができる。この場合、上記の圧力検出信号
２４は、弁前（上流側）の圧力を予測し得る信
号、即ち、タービンの負荷信号、給水加熱器の抽
気圧力、あるいは給水加熱器ドレン圧力などター
ビンの負荷変動に伴つて応答する信号であればよ
い。

このように構成すると、前記の水位調節計１７
の信号２８が従来装置におけるごとくストレート
にドレン排出制御弁１１に入力してこれを急激に
開けさせてハンマリングを誘発することがなく、
上記水位検出器１７の弁制御信号２８よりも先行
した前記初期弁開度信号３３が上記初期弁開度演
算器３０で算出されて制御弁１１に入力され、開
弁初期のハンマリング制御効果を生じる。

一方、前記の加算器４３に入力されるべき弁徐
開信号４２を出力する弁徐開信号演算器４０は、
第４図について後に詳述するごとき構成され、前
記ドレン排出制御弁１１下流側のドレン温度に対
応した飽和圧力と該ドレンの圧力との差圧信号３
７、つまり、ドレン配管に溜つている冷水と高エ
ンタルピーの流入ドレンとの接触量と速度を予測
する信号を入力してハンマリング抑制のため適正
な許容弁開度変化率を演算する機能を有する。

上記差圧演算器３６は、温度検出器２３の信号
出力２６を入力して該検出温度に対応する飽和蒸
気圧力を演算する演算器３４の信号出力３５と前
記ドレン排出制御弁１１下流側のドレン配管１４
に設けた圧力検出器２２の信号出力２５とを入力
してその差圧信号３７を出力する機能を有する。

第４図は上記の弁徐開信号演算器４０の具体的
構成の一例を示すブロツク線図である。

上記弁徐開信号演算器４０は、前記差圧信号３
７を入力して二相流ハンマリング抑制に効果的な
弁開度変化率の信号５１を算出する許容弁開度変
化率演算器５０と、該変化率信号５１と前記弁開
度変化率ゲイン設定器３８の出力信号３９とを入
力し許容弁開度変化率の補正を行う比例演算器５
２と、弁開度偏差値演算器５９の出力信号６０と
該比例演算器５２の出力信号５３とを入力して値
の小さい信号を選択出力する低位信号選択器５４
と、該低位信号選択器５４の出力信号５５を入力
してこの許容弁開度変化率信号を積分することに
より弁開度信号を算出する積分器５６と、該積分
器５６の信号出力５７と前記信号選択器４８（第
３図）の信号出力４１とのいずれか小さな弁開度
信号を選択出力する低位信号選択器５８とによつ
て構成されている。前記弁開度偏差値演算器５９
は、前記信号選択器４８の出力信号４１（つま
り、弁操作起動後においては前記水位調節器１７
の出力信号）と上記積分器５６の出力信号５７と
を入力し定常状態では上記信号４１が弁制御信号
としてドレン排出制御弁１１へ伝達される機能を
有している。

このように構成すると、ドレン配管に溜つてい
る冷水と高エンタルピーの流入ドレンとの接触量
及び速度を、前記ドレン排出制御弁１１の下流側
ドレン配管内の圧力とドレン温度に対応した飽和
蒸気圧力との差圧から予測することができ、この
差圧に基づく信号から許容弁開度変化率を算出し
弁の急激な開閉を抑えることによりハンマリング
のおそれがなくドレン排出制御弁１１の開閉を行
うことができる。

以上の作動を総合して経時的に略述すると、給
水加熱器１のドレン水位が規定値よりも上昇する
と、演算器３０の作用により先ずハンマリングの
おそれがないような初期開度を与える信号３３に
より、ドレン排出制御弁１１は僅かに開かれる。
次いで、ドレン排出制御弁下流側の飽和蒸気圧力
と同下流側の圧力との差圧に基づく信号により許
容弁変化率を演算し、水位調節計からの弁開度信
号について弁開度速度の規制を行いハンマリング
抑制に効果的なスピードで徐々に弁開度を増加さ
せてゆく。そして、上記差圧が小さくなると弁開
度へのスピード規制が解除され、前記水位調節計
に基づく信号によつて直接的に弁が操作され、定
常運転状態となる。

第５図は本発明の応用例を示す系統図である。
この応用例は、第２図に示した実施例のハンマリ
ング抑制用の自動制御手段２０の構成を簡略化
し、タービン６１の負荷信号６２と、水位調節計
１７の出力信号２８と、前記給水加熱器１に設け
たレベルスイツチ６３の出力信号６４とによつて
ドレン排出制御弁１１を開閉制御するプログラム
弁開度演算器６０を設けてある。このプログラム
弁開度演算器６０のブロツク図を第６図に示す。

第６図に示すプログラム弁開度演算器６０は、
第３図及び第４図に示したハンマリング抑制演算
器２０を極限的に簡略化したもので、第３図及び
第４図の構成と第６図の構成との中間的構成（第
３図及び第４図の構成の部分的簡略化）も可能で
ある。

このように簡略化した演算機能は、発電プラン
トの運転条件がほぼ一定である場合、即ち、ドレ
ン排出制御弁１１を開弁する状態におけるドレン
排出系統のドレン温度、圧力がほぼ一定である場
合に適用するように構成したものであつて、ドレ
ン温度、圧力を実測せずに、上記の一定条件に適
した開弁パターンを設定しておいてこのパターン
に従つて開弁操作を自動制御する機能を有してい
る。

プログラム演算器７０は、グラフを付記して示
したように、レベルスイツチ６３の出力信号６４
が入力された時点t₀を起点として、時間t₁後に弁
開度AV₁、時間t₂後に弁開度AV₂、時間t₃後に弁
開度AV₃となるよう弁開度制御信号７１を算出
する機能を有するように構成してある。

そして、本例のプログラム弁開度演算器６０
は、上述のプログラム演算器７０と、前記水位調
節器１７の出力信号２８と上記制御信号７１とを
比較し低位の信号７３をドレン排出制御弁１１へ
伝達する低位信号選択器７２と、上記タービンの
負荷信号６２を入力して初期弁開度を算出する初
期弁開度演算器３０とで構成される。

７５は時間t₁の設定器、７７は時間t₂の設定
器、７９は時間t₃の設定器である。

６５は弁徐開値AV₂の設定器、６７は所定弁
開度AV₃の設定器である。

本例のように弁徐開値設定器と、所定弁開度設
定器とタイマ装置とを備え、レベルスイツチ６３
からの信号６４によつて所定パターンの弁開度制
御信号を発振する演算器を備えると、この演算器
によつて第３図及び第４図に示した演算器の構成
部分の一部若しくは全部と代替して本発明装置の
構成を簡略化することができる。

第７図は、湿分分離器のドレン系統に本発明を
適用してハンマリング現象を抑制し得るように改
良した実施例である。

本実施例は、湿分分離器９０に具備されたドレ
ンタンク９１のドレン水位が上昇して緊急にドレ
ンを復水器１３へ排出するためのドレン配管９
７，９８と、該ドレンを排出するドレン排出制御
弁１００と、該制御弁１００に水位調節計１０３
を介して出力信号１０４を与えるための水位検出
器１０１とにより構成される湿分分離器ドレンタ
ンクの緊急ドレン排出系統において、ドレン排出
制御弁１００の上流側のドレン配管９７に圧力検
出器１０５を設けると共にドレン排出制御弁１０
０の下流側ドレン配管９８に温度検出器１０９及
び圧力検出器１０７を設け、かつ、ハンマリング
制御用の自動制御手段１１１を設けて、圧力検出
器１０５の信号出力１０６、圧力検出器１０７の
信号出力１０８、温度検出器１０９の信号出力１
１０、水位検出器１０１の信号出力１０２、並び
に非常用水位制御装置１０３の信号出力１０４を
該自動制御手段１１１に入力させるように構成す
る。

上記の自動制御手段１１１は第３図乃至第４図
に詳述した自動制御手段２０と全く同じ構成、機
能を有し、入力された信号に基づいて演算を行
い、ハンマリング現象を抑制し得るようにドレン
排出制御弁１００を開閉制御する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の制御装置は、高
温高圧のドレンを保有する機器と、ドレンの排出
を受容する機器とを接続する配管中にドレン排出
制御弁を設け、この制御弁を非常用ドレン排出信
号によつて開弁制御する緊急ドレン排出系統にお
いて、前記ドレン排出制御弁の上流側の配管に圧
力検出器を設けるとともに該弁の下流側の配管に
温度検出器及び圧力検出器を設け、かつ、上記各
検出器の検出信号に基づいてドレン排出制御弁を
開閉制御する自動制御手段を設けることにより、
ドレン排出系統のドレン制御弁を開閉する際に発
生する種々のハンマリング現象を抑制してドレン
管内圧力の衝撃的な急上昇を防止することがで
き、汽力原動機プラント全体の信頼性向上に貢献
するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給水加熱器緊急ドレン排出系統
を示す系統図、第２図は本発明のハンマリング抑
制装置の一実施例を備えた給水加熱器緊急ドレン
排出系統を示す系統図、第３図及び第４図は上記
実施例の演算器のブロツク線図、第５図は本発明
の応用例の系統図、第６図は上記応用例の演算器
のブロツク線図、第７は本発明のハンマリング抑
制装置の一実施例を備えた湿分分離器ドレンタン
ク緊急ドレン排出系統を示す系統図である。 １……給水加熱器、１２，１０１……水位検出
器、１３……復水器、１１，１００……ドレン排
出制御弁、１４，１５，９７，９８……ドレン配
管、２１，１０５，２２，１０７……圧力検出
器、２３，１０９……温度検出器、１７，１０３
……非常用水位調節計、２０，１１１……ハンマ
リング抑制用の自動制御手段、３０……初期弁開
度演算器、３４……飽和蒸気圧力演算器、３２，
４８……信号選択器、４０……弁徐開信号演算
器、４３……加算器、５０……許容弁開度変化率
演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温高圧のドレンを保有する機器と、ドレン
   の排出を受容する機器とを接続する配管中にドレ
   ン排出制御弁を設け、この制御弁を非常用ドレン
   排出信号によつて開弁制御する緊急ドレン排出系
   統において、前記ドレン排出制御弁の上流側の配
   管に圧力検出器を設けるとともに該弁の下流側の
   配管に温度検出器及び圧力検出器を設け、かつ、
   上記各検出器の検出信号に基づいてドレン排出制
   御弁を開閉制御する自動制御手段を設けて、ドレ
   ン配管内のハンマリング現象を抑制し得べく為し
   たることを特徴とする緊急ドレン排出系統のハン
   マリング抑制制御装置。 ２ 前記の自動制御手段はドレン排出制御弁の初
   期開度演算器を備えたものとし、この初期開度演
   算器によつてドレン配管内のドレンが沸騰・凝縮
   を繰返して二相流ハンマリング現象を抑制し得
   る、ドレン排出制御弁の初期開度を算出するよう
   に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の緊急ドレン排出系統のハンマリング抑
   制制御装置。 ３ 前記の初期開度演算器は、ドレン排出制御弁
   の上流側に設けた圧力検出器の検出信号に基づい
   て該ドレン排出制御弁の初期開度を算出する機能
   を有するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の緊急ドレン排出系統のハンマ
   リング抑制制御装置。 ４ 前記の自動制御手段は、温度検出器の検出信
   号に基づいて飽和蒸気圧力を算出する機能、並び
   に、上記の算出結果とドレン排出制御弁下流側の
   ドレン圧力との差圧を算出する機能を有するもの
   とし、かつ、上記の算出差圧に基づいてドレン排
   出制御弁の許容弁開度変化率を算出し、この算出
   値に基づいてドレン排出制御弁を開閉制御してド
   レン配管内の二相流の不安定流動によるハンマリ
   ング現象、および単相流に遷移した流体によるハ
   ンマリング現象を抑制し得べく為したることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の緊急ドレ
   ン排出系統のハンマリング抑制制御装置。 ５ 前記の自動制御手段は、飽和蒸気圧力演算器
   と、上記飽和蒸気圧力演算器の出力信号とドレン
   排出制御弁下流側圧力検出器の出力信号とを入力
   されて両者の差圧を算出する差圧演算器と、許容
   弁開度変化率設定器と、上記変化率設定器の出力
   信号と上記差圧演算器の出力信号とを入力されて
   ドレン排出制御弁の制御信号を出力する弁徐開操
   作信号演算器とを設けたものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の緊急ドレン排
   出系統のハンマリング抑制制御装置。 ６ 前記の自動制御手段は、弁徐開値設定器と、
   所定弁開度設定器とタイマ装置とを備え、レベル
   スイツチから発せられる弁操作起動信号に基づい
   て、予め設定されたパターンによりドレン排出制
   御弁を開弁させる機能を有するごとく構成したも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の緊急ドレン排出系統のハンマリング抑制制
   御装置。