JPH0633704A - Method of improving operating efficiency of steam-turbine generating plant - Google Patents

Method of improving operating efficiency of steam-turbine generating plant

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JPH0633704A
JPH0633704A JP5127389A JP12738993A JPH0633704A JP H0633704 A JPH0633704 A JP H0633704A JP 5127389 A JP5127389 A JP 5127389A JP 12738993 A JP12738993 A JP 12738993A JP H0633704 A JPH0633704 A JP H0633704A
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transition
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Jr George J Silvestri
ジョージ・ジョゼフ・シルベストリ・ジュニア
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines

Abstract

PURPOSE: To provide a method for improving operational efficiency of a partial-arc steam turbine power plant during power output variations by dynamically adjusting valve point values during turbine operation. CONSTITUTION: An impulse chamber pressure at each of a plurality of valve points is first determined during operation of a steam turbine at constant pressure. For each adjacent pair of valve points, an optimum constant pressure transition point pressure for transitioning from one to the other of a sliding pressure mode and constant pressure mode is then computed. The optimum constant pressure transition point pressure is converted to a percentage of pressure difference between the adjacent pairs of valve points. The impulse chamber pressure at each valve point is then used to calculate a corresponding impulse chamber pressure for transitioning from the one mode to the other mode based upon the percentage pressure difference. The calculated impulse chamber pressure for transition is compared with a measured value of the impulse chamber pressure, and when the measured value is substantially equal to the calculated transition pressure, the transition from the one mode to the other mode is carried. The transition to the constant pressure mode may be varied for reducing rotor thermal stress.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の背景】本発明は、発電事業所において利用する
ための蒸気タービンに関し、特に、出力要求の変動中に
蒸気タービンの性能を最適化するための方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to steam turbines for use in power plants, and more particularly to a method for optimizing steam turbine performance during varying output demands.

【0002】多くの多段蒸気タービンシステムの出力
は、高圧タービン入口即ち蒸気室での蒸気圧力を低減す
るために、蒸気発生器からの蒸気の変圧制御によって制
御される。この変圧運転法を利用する蒸気タービンは、
全ての蒸気入口ノズル室が全ての負荷状態で有効である
ことから全周流入もしくは全周流入タービンと屡々呼称
されている。全周流入タービンは、効率を最大にするた
めに、定格負荷で正確な蒸気状態に応じるように通常設
計される。入口ノズルの全てに蒸気を流すことによっ
て、全周流入タービンにおける入口段、例えば第1制御
段の圧力比は、蒸気入口圧力とは無関係に、実質的に一
定のままである。その結果、第1制御段での出力発生の
機械効率が最適化され得る。しかし、全周流入タービン
において出力が低下すると、効率、即ち蒸気発生器とタ
ービン出口との間の蒸気仕事サイクルの理想効率が総合
的に低下する。その理由は、変圧によって仕事を行うの
に利用しうるエネルギが減少するからである。一般に、
タービン総効率、即ち実際効率はタービンの理想効率と
機械効率の積である。
The output of many multi-stage steam turbine systems is controlled by transformer control of steam from a steam generator to reduce steam pressure at the high pressure turbine inlet or steam chamber. A steam turbine that uses this transformation method is
Because all steam inlet nozzle chambers are effective under all load conditions, they are often referred to as full-circle inflow or full-circle inflow turbines. Full-circulation turbines are usually designed to respond to exact steam conditions at rated load to maximize efficiency. By flowing steam through all of the inlet nozzles, the pressure ratio of the inlet stage, eg, the first control stage, in the full-circulation turbine remains substantially constant regardless of the steam inlet pressure. As a result, the mechanical efficiency of the output generation in the first control stage can be optimized. However, a reduction in power in a full-circulation turbine reduces overall efficiency, ie, the ideal efficiency of the steam work cycle between the steam generator and the turbine outlet. The reason is that the transformation reduces the energy available to do work. In general,
The total turbine efficiency, or actual efficiency, is the product of the turbine's ideal efficiency and mechanical efficiency.

【0003】変圧法のみによって達成可能な制御よりも
効率的なタービン出力の制御は、タービン入口に入る蒸
気を、分離して個々に制御可能な複数の部分流入に分割
する技術によって実現されてきた。部分周流入として知
られるこの方法において、作動可能な第1段ノズルの数
は負荷変化に応じて変化する。比較的高い理想効率が、
全周に亙る流入の変圧によるよりは、定圧で個々のノズ
ル室に蒸気を順次流入することによって達成可能である
ので、部分周流入タービンは全周流入タービンに比べよ
り有利であった。このより高い理想効率の利点は、全周
流入タービン構造の制御段で達成可能な最適機械効率よ
りは一般的により有利なことである。全般的に、出力を
変更するのに部分周流入を用いる多段蒸気タービンシス
テムは、全周流入の蒸気圧力を変更するシステムより
は、より高い実際効率で作動する。しかし、従来の部分
周流入タービンシステムは、制御段での仕事の効率を制
限するというある欠点を有することが分かっていた。こ
れ等の制限の幾つかは、例えば、動翼が蒸気を流入して
いないノズル羽根グループを通るときに生ずる避けられ
ない量の風損及び乱流等の不可避の機械的制約による。
More efficient control of turbine power than control achievable by the transformer method alone has been achieved by the technique of separating the steam entering the turbine inlet into a plurality of individually controllable partial inflows. . In this method, known as partial-circulation admission, the number of actuatable first stage nozzles changes in response to load changes. Relatively high ideal efficiency
The partial-circulation turbine was more advantageous than the full-circulation turbine because it could be achieved by sequentially injecting steam into the individual nozzle chambers at a constant pressure rather than by transforming the inflow over the entire circumference. The advantage of this higher ideal efficiency is that it is generally more advantageous than the optimum mechanical efficiency achievable in the control stage of a full-circulation turbine configuration. In general, multi-stage steam turbine systems that use partial-circle admission to change power output operate at a higher practical efficiency than systems that change steam pressure for full-circle admission. However, conventional partial-arc turbine systems have been found to have certain drawbacks that limit the efficiency of work in the control stage. Some of these limitations are due to unavoidable mechanical constraints such as unavoidable amounts of windage losses and turbulence, which occur, for example, when a blade passes through a group of nozzle vanes that are not admitted with steam.

【0004】更に、部分周流入タービンシステムにおい
て、ノズル羽根グループの圧力降下(従って、圧力比)
は、蒸気が多数の弁室を順次通るときに変化し、最大の
圧力降下は最小弁点(可能な最少数の加減弁即ち制御弁
が開く)で生じ、最小圧力降下は全周流入で生ずる。制
御段の圧力差に反比例する熱力学的効率は、最小弁点で
最低となり、全周流入で最高となる。従って、部分周流
入タービンの制御段効率は、出力が定格負荷以下に降下
したときに減少する。しかし、部分周流入タービンのノ
ズルでの可変の圧力降下が与えられれば、タービンの総
効率を増大するために部分周流入タービンシステムに共
通して見られるある構造的特徴が改善され得ると信じら
れている。制御段は、圧力降下の殆どが静止ノズルで生
ずる衝動段であるので、ノズル効率の1%の改善が、動
翼の効率における1パーセントの改善の4倍の効果を制
御段効率に対して有する。制御段ノズルの性能に相当な
控え目な改善をもたらすタービン設計は、部分周流入タ
ービンの実際効率を著しく改善する。それ等の定格負荷
における部分周流入タービンの実際効率の0.25パー
セントの増大であっても非常に大きなエネルギ節約とな
り得る。
Further, in a partial-circulation turbine system, the pressure drop (and hence the pressure ratio) across the nozzle vane group.
Changes as the steam passes through multiple valve chambers in sequence, the maximum pressure drop occurs at the minimum valve point (the minimum number of control valves or control valves open), and the minimum pressure drop occurs at all-round inflow. . The thermodynamic efficiency, which is inversely proportional to the pressure difference in the control stage, is the lowest at the minimum valve point, and is highest at the full inflow. Therefore, the control stage efficiency of the partial-arc turbine decreases when the output drops below the rated load. However, given the variable pressure drop across the nozzles of the partial-arc turbine, it is believed that certain structural features commonly found in partial-arc turbine systems may be improved to increase the overall efficiency of the turbine. ing. Since the control stage is an impulse stage where most of the pressure drop occurs at the stationary nozzle, a 1% improvement in nozzle efficiency has a 4x effect on control stage efficiency than a 1% improvement in blade efficiency. . Turbine designs that provide a substantial conservative improvement in control stage nozzle performance significantly improve the practical efficiency of partial-arc turbines. Even a 0.25 percent increase in the actual efficiency of a partial-arc turbine at those rated loads can be a significant energy savings.

【0005】幾つかの弁ループ内における部分周流入タ
ービンの変圧運転即ち可変絞り圧運転も、タービン効率
の改善になり、また、低サイクル疲労を付加的に低減す
る。通常の手順では、変圧が最も低い有効圧力限界まで
使用されるのであれば、制御弁の半分を全開すると共に
他の半分を全閉している点、即ち最大流入は実際上10
0%であるタービンにおける50%の第1段流入である
点に対応する値以下の流量で、部分周流入タービンの変
圧運転を開始することである。比較すると、変圧運転は
最大蒸気流量で開始されたときに全周流入タービンにお
いて最も効率的である。変圧運転がより多い流量(より
大きな値の第1段流入)で部分周流入タービンにおいて
開始されると、性能の損失が生ずる。しかし、多くの弁
を有するタービンにおいて、50%を超えるどの流入か
らの変圧も、定絞り圧運転によって生ずることになる各
弁ループ(弁絞り)の相当の部分を排除する。かかる弁
ループの除去はタービン熱消費率及びタービン効率を改
善する。
The variable or variable throttle operation of partial-arc turbines in some valve loops also improves turbine efficiency and additionally reduces low cycle fatigue. In the normal procedure, if the transformer is used to the lowest effective pressure limit, one half of the control valve is fully open and the other half is fully closed, ie the maximum inflow is practically 10%.
The variable pressure operation of the partial-circulation inflow turbine is started at a flow rate equal to or lower than the value corresponding to the point where the first-stage inflow of 50% in the turbine is 0%. By comparison, variable pressure operation is most efficient in a full-circulation turbine when started at maximum steam flow. A loss of performance occurs when the transformer operation is started in the partial-arc turbine at higher flow rates (higher values of first stage admission). However, in turbines with many valves, the transformation from any inflow over 50% eliminates a significant portion of each valve loop (valve throttle) that would result from constant throttle operation. The elimination of such valve loops improves turbine heat rate and turbine efficiency.

【0006】図1は、8つの制御弁を有する部分周蒸気
タービンにおける変圧制御の効果を示す。横軸は負荷値
を表し、縦軸の値は熱消費率である。線14は、弁の順
次制御(部分周流入)運転に伴う定圧での理想点の軌跡
を表す。点線16、18及び20は、有限数の制御弁に
ついての実際の弁ループを表す。弁ループは、一連の制
御弁即ち加減弁の各々を徐々に絞ることによって生ず
る。100%流入からの変圧運転は線22によって示さ
れている。弁ループ16の幾分かは線22に沿った変圧
によって除去されているが、熱消費率(効率の逆数)は
移行点24以下で不均整に増大していることに注目され
たい。87.5%流入点からの変圧を示している線26
は、移行点28まで下がる弁ループ18に同様な改良を
与える。同様にして、75%流入からの変圧、即ち線3
0は弁ループ20よりも運転を改良している。これ等の
弁ループの各々はより高い熱消費率と、線14によって
表された理想曲線から低減された効率とを表している。
線14上の各弁点は、各弁が全開か全閉かの何れかの状
態を表している。
FIG. 1 shows the effect of transformer control in a partial circumference steam turbine with eight control valves. The horizontal axis represents the load value, and the vertical axis value is the heat consumption rate. The line 14 represents the locus of the ideal point at a constant pressure associated with the sequential control (partial circulation inflow) operation of the valve. Dotted lines 16, 18 and 20 represent the actual valve loops for a finite number of control valves. The valve loop is created by gradually throttling each of a series of control or regulating valves. The transformer operation from 100% inflow is shown by line 22. Note that although some of the valve loop 16 has been removed by transformation along line 22, the heat dissipation rate (reciprocal of efficiency) increases disproportionately below transition point 24. Line 26 showing the transformation from the 87.5% inflow point
Provides a similar improvement to valve loop 18 down to transition point 28. Similarly, transformation from 75% inflow, ie line 3
0 improves operation over the valve loop 20. Each of these valve loops represents a higher heat dissipation rate and reduced efficiency from the ideal curve represented by line 14.
Each valve point on the line 14 represents a state in which each valve is fully open or fully closed.

【0007】図1、図2及び図3は1つの先行技術の制
御を用いる例示的な蒸気タービンの運転を示す。図1は
全弁点、即ち2535psiaの定圧運転での線14の
軌跡を示す。弁点は、線16、18及び20によって同
定された弁ループと、50%、75%、87.5%及び
100%の各流入で結び付けられている。変圧は線2
2、26及び30によって示される。例示的な蒸気ター
ビンシステムについて約806MWの100%流入で運
転開始すると、負荷は、8つの制御弁の全てを全開し且
つ蒸気発生ボイラを制御することによる絞り圧力の変更
によって、最初に減少される。絞り圧力、即ち線22が
弁ループ16との交差点24に達したとき、8つの制御
弁を点24に対応する流入値まで閉じながら、絞り圧力
は2535psiaまで増大される。制御弁は、253
5psiaの一定絞り圧を維持しながら、負荷が更に減
少されるときに閉じ続けられ、タービンが87.5%流
入で運転する点で同制御弁が全閉する。負荷を更に減ず
るために、弁位置は再び一定に保たれ、7つの制御弁が
全開され、絞り圧力は、変圧線26及び弁ループ18の
交差点28に対応するまで、再び減少される。負荷を点
28以下に減ずるために、圧力は2535psiaまで
増大させられ、7番目の制御弁はそれが全閉するまで徐
々に閉じられる(弁ループを下る)。このとき流入は7
5%である。負荷を更に減ずるために、変圧線30が弁
ループ20との交差点32に到達するまで、6つの制御
弁を全開し且つ2つの制御弁を全閉することによって、
圧力は再び減少される。絞り圧力を上げて制御弁を閉じ
る動作は所望の全弁ループ数だけ繰り返される。絞り圧
力の変動は図2に示されている。線46の傾斜部分44
は一定弁位置での変圧運転に対応している。垂直部分4
8は変圧の終了及び弁絞りの移行に対応している。水平
部分50は、一定圧で負荷を減少させながら弁ループを
下ることによるような制御弁の絞りによる一定蒸気圧力
での運転に対応している。図3は、負荷の関数としての
熱消費率の改良を示している。線52は、一定圧での弁
ループ性能と、弁点間の変圧を用いる性能との間の差異
を表している。
FIGS. 1, 2 and 3 show the operation of an exemplary steam turbine using one prior art control. FIG. 1 shows the locus of line 14 at constant pressure operation at all valve points, ie 2535 psia. The valve points are associated with the valve loop identified by lines 16, 18 and 20 at 50%, 75%, 87.5% and 100% inflow respectively. Transformation is line 2
2, 26 and 30. Starting at about 806 MW 100% admission for the exemplary steam turbine system, the load is first reduced by changing the throttle pressure by fully opening all eight control valves and controlling the steam generating boiler. . When the throttling pressure, line 22 reaches the intersection 24 with the valve loop 16, the throttling pressure is increased to 2535 psia while closing the eight control valves to the inflow value corresponding to point 24. The control valve is 253
While maintaining a constant throttle pressure of 5 psia, the control valve is fully closed as the load continues to close as the load is further reduced and the turbine operates at 87.5% admission. To reduce the load further, the valve position is kept constant again, the seven control valves are fully opened and the throttle pressure is reduced again until it corresponds to the crossing 28 of the transformer line 26 and the valve loop 18. To reduce the load below point 28, the pressure is increased to 2535 psia and the seventh control valve is gradually closed (down the valve loop) until it is fully closed. The inflow at this time is 7
5%. To further reduce the load, by fully opening six control valves and fully closing two control valves until the transformer line 30 reaches the intersection 32 with the valve loop 20,
The pressure is reduced again. The operation of increasing the throttle pressure and closing the control valve is repeated for the desired total number of valve loops. Fluctuations in throttling pressure are shown in FIG. Inclined portion 44 of line 46
Corresponds to variable pressure operation at a constant valve position. Vertical part 4
8 corresponds to the end of the pressure change and the shift of the valve throttle. The horizontal section 50 corresponds to operation at constant steam pressure by throttling the control valve, such as by going down the valve loop while reducing the load at constant pressure. FIG. 3 shows the improvement in heat rate as a function of load. Line 52 represents the difference between the valve loop performance at constant pressure and the performance with the transformation between valve points.

【0008】図1及び図3に示された性能改善は、ボイ
ラ給水ポンプ吐出量が絞り圧の減少と共に減少するとい
う仮定に基づいている。給水ポンプ吐出量が比例的に減
少しなければ、吐出圧を維持するのに必要なエネルギは
高いままであるので、改善は減じられる。先行技術のタ
ービンシステムにおいて、圧力を減少すべく信号が給水
ポンプ−給水ポンプ駆動システムに送られる。しかし、
実際には、給水ポンプ速度の一定調整の必要性、並びに
流量要求の乱れに起因するボイラへの入口水圧の小さな
変動による制御の不安定性及びハンチングの発生を無く
すために、給水ポンプには圧力調整器が付属している。
圧力調整器は、多かれ少なかれ絞りを行い、この絞りに
より、ポンプ吐出圧、従って給水ポンプが運ぶ流量が変
かする。ポンプ速度は、調整器弁の所望移動範囲に亙っ
て一定に保持される。この調整器弁がその移動範囲を越
えた場合には、ポンプ速度は調節されて調整器弁をある
所望の平均位置に移動する。その結果、ポンプ吐出圧は
最小許容値(絞り圧+タービンシステムの損失水頭)と
等しくなくなり、性能改善は図1及び図3によって示さ
れた程に大きくはない。更に、より迅速な負荷応答を達
成するために、調整弁は、通常、幾らかの圧力降下を伴
って作動されるので、負荷要求の急な増大があれば、調
整弁は迅速に開き流量を増大する。給水ポンプ及びその
駆動装置の応答は、調整弁の応答よりも緩慢である。
The performance improvements shown in FIGS. 1 and 3 are based on the assumption that the boiler feed pump discharge rate decreases with decreasing throttle pressure. If the feed pump discharge does not decrease proportionally, the improvement is diminished because the energy required to maintain the discharge pressure remains high. In prior art turbine systems, a signal is sent to the feed pump-feed pump drive system to reduce the pressure. But,
Actually, in order to eliminate the need for constant adjustment of the feed pump speed and the occurrence of control instability and hunting due to small fluctuations of the inlet water pressure to the boiler due to the disturbance of the flow rate demand, the feed pump must be pressure adjusted. A vessel is attached.
The pressure regulator provides more or less throttling, which alters the pump discharge pressure and thus the flow rate delivered by the feed pump. Pump speed is held constant over the desired range of travel of the regulator valve. If the regulator valve exceeds its range of travel, the pump speed is adjusted to move the regulator valve to some desired average position. As a result, the pump discharge pressure is not equal to the minimum allowable value (throttle pressure + turbine system head loss) and the performance improvement is not as great as illustrated by FIGS. 1 and 3. Furthermore, in order to achieve a faster load response, the regulator valve is usually operated with some pressure drop, so that in the event of a sudden increase in load demand, the regulator valve will open quickly and open the flow rate. Increase. The response of the feed pump and its drive is slower than the response of the regulating valve.

【0009】絞り変圧と制御弁開度調節との組み合わせ
は、熱消費率の著しい改善をもたらすが、本発明者の知
見によると、1つの運転モードから他の運転モードへの
切換のための最適移行点は、タービン毎に異なり、1つ
のタービンの寿命中にも変化することが分かった。特
に、上記した要因に加えて、復水器圧力、再熱温度及び
再熱器圧力降下等の他のパラメータも設計値から変動し
得る。かかる変動は、移行が起こる負荷に移動を生じさ
せる。更に、翼列製造公差のために、絞り変圧から一定
絞り圧の運転へ移る際の移行点(負荷)は、性能演算か
ら得られるものとは異なる。
The combination of throttling transformation and control valve opening adjustment results in a significant improvement in heat dissipation rate, but according to the knowledge of the present inventor, it is optimal for switching from one operating mode to another. It has been found that the transition point varies from turbine to turbine and also changes during the life of one turbine. In particular, in addition to the factors mentioned above, other parameters such as condenser pressure, reheat temperature and reheater pressure drop may also fluctuate from the design values. Such fluctuations cause a shift in the load at which the transition occurs. Furthermore, due to blade manufacturing tolerances, the transition point (load) when transitioning from throttle transformation to constant throttle pressure operation is different from that obtained from performance calculations.

【0010】米国特許第4,297,848号明細書の発
明では、移行点を確定すべく、衝動室圧力を用いること
によって最適化問題を解決する試みがなされている。同
米国特許明細書に記載された方法は、ボイラ圧を摂動し
て電気負荷を測定することを要求している。負荷測定の
不確実さと摂動の複雑さによって、移行点は最適値より
小さい点で発生する可能性がある。
The invention of US Pat. No. 4,297,848 attempts to solve the optimization problem by using impulse chamber pressure to determine the transition point. The method described in the U.S. patent requires perturbing the boiler pressure to measure the electrical load. Due to the uncertainty of the load measurement and the complexity of the perturbation, the transition point can occur below the optimum value.

【0011】[0011]

【発明の概要】本発明によれば、部分周流入蒸気タービ
ンにおいて変圧運転と定圧運転との間の移行点を最適化
する方法が開示される。特に、衝動室圧力は変圧運転及
び定圧運転間の移行を行うために用いられる。しかし、
出力減少の間、変圧運転のための衝動室圧力は、定圧運
転の値に対応するように所定の圧力−体積関係に従って
調節される。衝動室圧力は、定圧運転よりも変圧運転で
の方が高い。弁点、即ち選択された弁が全開及び全閉す
る点は、変圧運転の間の衝動室圧力の示度を調節するこ
となく、定圧運転の間に測定されるので、移行点は、非
最適の衝動室圧力のときに生ずる。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a method is disclosed for optimizing the transition point between variable pressure operation and constant pressure operation in a partial-arc steam turbine. In particular, the impulse chamber pressure is used to make the transition between variable pressure operation and constant pressure operation. But,
During power reduction, the impulse chamber pressure for variable pressure operation is adjusted according to a predetermined pressure-volume relationship to correspond to the value of constant pressure operation. The impulse chamber pressure is higher in variable pressure operation than in constant pressure operation. The transition point is non-optimal because the valve point, i.e. the point at which the selected valve is fully open and fully closed, is measured during constant pressure operation without adjusting the impulse chamber pressure reading during variable pressure operation. It occurs at the pressure of the impulse chamber.

【0012】本発明の方法は、最適移行点を設定するた
めに、タービン運転中の各弁点における衝動室圧力の測
定値を利用する。特に、最適移行点は、一般に隣接弁点
の間の圧力差の所定割合であることを本発明者は知見し
た。従って、弁点を動的に確定することによって、圧力
差割合を計算すると共に移行点を設定すべくその圧力差
を用いて、最適点での移行を行うことができる。
The method of the present invention utilizes impulse chamber pressure measurements at each valve point during turbine operation to set the optimum transition point. In particular, the inventor has found that the optimum transition point is generally a predetermined percentage of the pressure difference between adjacent valve points. Therefore, by dynamically determining the valve point, the pressure difference ratio can be calculated and the pressure difference used to set the transition point can be used to make the transition at the optimum point.

【0013】また、本発明は、変圧運転から定圧運転へ
の計算された最適移行点での移行に際して、ロータ熱応
力を減少する運転方法を含む。特に、好ましい運転方法
によれば、蒸気圧力は、該蒸気圧力が所定の最適移行点
に達するまで電力需要の減少に応じて減少される。その
点で、制御弁は徐々に閉じられ、それによって、蒸気タ
ービン内への蒸気流量を減少させ、同時に蒸気圧力を増
大しているので、作動中の制御弁がその全閉位置に到達
するまで、全開絞り蒸気圧力には至らない。この運転方
法は、タービンシステムの効率を改善すると信じられ
る。全蒸気圧力が移行点における制御段に直ちに再付加
されないので、制御段の翼列の衝撃荷重も改善される。
タービン出力の更なる減少が必要なら、上記運転方法を
各制御弁毎に単純に繰り返す、即ち、絞り圧力を減少さ
せて、最適移行点に到達させ、その後、制御弁を徐々に
閉じると同時に絞り蒸気圧力を徐々に増大する。
The present invention also includes an operating method for reducing rotor thermal stress upon transition at a calculated optimum transition point from variable pressure operation to constant pressure operation. In particular, according to the preferred method of operation, the steam pressure is reduced in response to a reduction in power demand until the steam pressure reaches a predetermined optimum transition point. At that point, the control valve is gradually closed, thereby decreasing the steam flow into the steam turbine and at the same time increasing the steam pressure, until the operating control valve reaches its fully closed position. , It does not reach full throttle steam pressure. This method of operation is believed to improve the efficiency of the turbine system. Impact load on the cascade of control stages is also improved because the total steam pressure is not immediately re-added to the control stage at the transition point.
If a further reduction in turbine power is required, the above operating method is simply repeated for each control valve, i.e. the throttle pressure is reduced to reach the optimum transition point, after which the control valve is gradually closed and throttled simultaneously. Gradually increase steam pressure.

【0014】[0014]

【実施例】本発明を詳細に説明する前に、本発明の原理
を実施するのに適した典型的な蒸気タービン発電プラン
トの概略的な機能ブロック図を示す図4を参照する。図
4の発電プラントにおいて、原子燃料或は化石燃料式の
類いであってよい従来のボイラ60は蒸気を発生し、該
蒸気は絞りヘッダー62を介して符号64で示された1
組の蒸気進入弁まで導かれる。ボイラ60に接続されて
いるのは従来のボイラコントローラ66であり、これ
は、絞りヘッダー62における蒸気圧力等の種々のボイ
ラパラメータを制御すべく使用される。より詳細には、
絞りヘッダー62における蒸気圧力は、通常、ボイラコ
ントローラ66内に配置された設定点コントローラ(図
4には図示せず)によって制御される。かかる設定点コ
ントローラの構成は、当業者には周知であるので、本実
施例に関連してより詳細に説明することは不必要であ
る。蒸気は、アキュムレータ(蒸気室)から蒸気タービ
ンの高圧タービン部68の種々の流入領域への蒸気流量
を制御すべく配置された蒸気進入弁(制御弁)64の開
度に従って、高圧タービン部68を通るように調節され
る。通常、高圧タービン部68を出る蒸気は、符号72
で示される少なくとも1つの低圧タービン部に供給され
る前に、従来の再熱器部70内で再熱される。低圧ター
ビン部72を出る蒸気は従来の復水器ユニット74内に
導かれる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Before describing the present invention in detail, reference is made to FIG. 4 which shows a schematic functional block diagram of a typical steam turbine power plant suitable for practicing the principles of the present invention. In the power plant of FIG. 4, a conventional boiler 60, which may be of the nuclear fuel or fossil fuel type, produces steam, which is shown at 64 through a throttle header 62.
It is led to a pair of steam admission valves. Connected to boiler 60 is a conventional boiler controller 66, which is used to control various boiler parameters such as steam pressure at throttle header 62. More specifically,
The steam pressure at the throttle header 62 is typically controlled by a set point controller (not shown in FIG. 4) located within the boiler controller 66. The construction of such set point controllers is well known to those skilled in the art and need not be described in more detail in connection with this embodiment. The steam flows through the high pressure turbine section 68 according to the degree of opening of a steam admission valve (control valve) 64 arranged to control the flow rate of steam from the accumulator (steam chamber) to various inflow regions of the high pressure turbine section 68 of the steam turbine. Adjusted to pass. The steam exiting the high pressure turbine section 68 is typically 72
Is reheated in a conventional reheater section 70 prior to being fed to at least one low pressure turbine section shown at. The steam exiting the low pressure turbine section 72 is directed into a conventional condenser unit 74.

【0015】殆どの場合、共通の軸76が高圧タービン
部及び低圧タービン部68、72を発電機ユニット78
に機械的に連結している。蒸気が高圧タービン部及び低
圧タービン部68、72を通って膨張するときに、該蒸
気は、そのエネルギの殆どを軸76を回転するためのト
ルクに伝える。発電プラントの始動中、タービン部68
及び72に導かれた蒸気は、タービン軸の回転速度を線
間電圧の同期速度又はその分周波にするように調節。こ
れは、典型的には、通常の速度ピックアップ変換器80
によりタービン軸76の速度を検出することによって達
成される。速度ピックアップ変換器80によって生じる
信号82は回転軸速度を表しており、通常のタービンコ
ントローラ84に供給される。次いで、タービンコント
ローラ84は、信号ライン86を用いて蒸気進入弁の開
度を制御して、所望の速度要求と該タービンコントロー
ラ84に供給された測定速度信号82とに従って、ター
ビン部68及び72に導かれる蒸気を調整する。
In most cases, a common shaft 76 connects the high pressure turbine section and the low pressure turbine section 68, 72 to a generator unit 78.
Mechanically connected to. As the steam expands through the high and low pressure turbine sections 68, 72, it transfers most of its energy to the torque for rotating shaft 76. Turbine unit 68 during start-up of power plant
And the steam introduced to 72 adjusts the rotational speed of the turbine shaft to the synchronous speed of the line voltage or its sub-frequency. This is typically a conventional speed pickup converter 80.
Is detected by detecting the speed of the turbine shaft 76. The signal 82 produced by the speed pickup converter 80, which is representative of the rotary shaft speed, is provided to a conventional turbine controller 84. Turbine controller 84 then controls the opening of the steam entry valve using signal line 86 to direct turbine sections 68 and 72 according to the desired speed demand and the measured speed signal 82 provided to turbine controller 84. Adjust the steam introduced.

【0016】典型的な主ブレーカユニット88は、発電
機ユニット78と電気負荷90との間に配置される。該
電気負荷は、この説明では、大容量の電気的送電・配電
網でよい。タービンコントローラ84が同期状態が存在
することを決定すると、主ブレーカユニット88は閉じ
て電気エネルギを電気負荷90に供給することができ
る。発電プラントの実際の出力は、例えば電気エネルギ
を電気負荷90に供給する電力ラインに接続されたワッ
ト変換器のような従来の電力測定変換器92によって測
定され得る。発電プラントの実際の出力を表す信号は、
信号ライン94を介してタービンコントローラ84に供
給される。同期が一旦生ずれば、コントローラ84は蒸
気進入弁64を従来通りに調整して、発電プラントの所
望の電力発生に見合うように、蒸気をタービン部68及
び72に供給することができる。
A typical main breaker unit 88 is located between the generator unit 78 and the electrical load 90. The electrical load may be a high capacity electrical transmission and distribution network in this description. When the turbine controller 84 determines that a synchronization condition exists, the main breaker unit 88 can close and provide electrical energy to the electrical load 90. The actual output of the power plant may be measured by a conventional power measuring converter 92, such as a watts converter connected to a power line that supplies electrical energy to an electrical load 90. The signal that represents the actual output of the power plant is
It is supplied to the turbine controller 84 via a signal line 94. Once in synchronism, controller 84 can conventionally adjust steam inlet valve 64 to provide steam to turbine sections 68 and 72 to meet the desired power generation of the power plant.

【0017】本発明によれば、タービン効率の最適コン
トローラ96が図4の蒸気発電プラントの一部として追
加的に配置される。タービン効率最適コントローラ96
は、以下でより詳細に説明することになる種々のタービ
ンパラメータを測定することによって所望の発電プラン
ト出力で該発電プラントの熱力学的状態を監視し、この
情報の助けを借りて、絞り蒸気圧力の調節をコントロー
ラ96からボイラコントローラ66まで接続された信号
ライン98を利用することによって制御する。絞り圧調
節は、ボイラコントローラ66の一部として一般に知ら
れている絞り設定点コントローラ(図示せず)の設定点
を変更することによって達成可能である。殆どの設定点
コントローラの場合におけるように、絞り蒸気圧力のよ
うなフィードバック測定パラメータは、例えば、設定点
にほぼ接近させられ、通常、その偏差は圧力設定点コン
トローラの出力/入力ゲイン特性の関数である。
In accordance with the present invention, an optimal turbine efficiency controller 96 is additionally located as part of the steam power plant of FIG. Turbine efficiency optimum controller 96
Monitors the thermodynamic state of the power plant at the desired power plant output by measuring various turbine parameters, which will be described in more detail below, and with the help of this information, throttle steam pressure Is controlled by utilizing a signal line 98 connected from the controller 96 to the boiler controller 66. Throttling pressure adjustment can be accomplished by changing the set point of a throttling set point controller (not shown) commonly known as part of boiler controller 66. As with most setpoint controllers, feedback measurement parameters such as throttle steam pressure are, for example, brought close to the setpoint, and the deviation is usually a function of the output / input gain characteristics of the pressure setpoint controller. is there.

【0018】絞り蒸気圧力及び温度のようなタービンパ
ラメータは、通常の圧力変換器100及び温度変換器1
02によってそれぞれ測定される。これ等の圧力変換器
100及び温度変換器102によってそれぞれ生じた信
号104及び106は、タービン効率最適コントローラ
96に供給しうる。他のパラメータとしての再熱器70
でのタービン再熱蒸気温度は、信号110を生ずる通常
の温度変換器108によって測定され、該信号もコント
ローラ96に供給しそこで使用し得る。電力測定変換器
92によって発生された信号94は、コントローラ96
に付加的に供給してもよい。更に、1つの重要なタービ
ンパラメータは、タービン部68及び72を通る蒸気流
量を反映するものである。高圧タービン部68の衝動室
(第1段出口)での蒸気圧力は本実施例の目的に合わせ
て適切に選択される。通常の圧力変換器112は、衝動
室に配置され、該衝動室での蒸気圧力を表す信号114
を発生し、コントローラ96に供給する。
Turbine parameters, such as throttle steam pressure and temperature, are measured by conventional pressure transducer 100 and temperature transducer 1.
02, respectively. The signals 104 and 106 produced by these pressure converter 100 and temperature converter 102, respectively, may be provided to a turbine efficiency optimum controller 96. Reheater 70 as another parameter
The turbine reheat steam temperature at is measured by a conventional temperature converter 108 which produces a signal 110, which may also be provided to and used by controller 96. The signal 94 generated by the power measurement converter 92 is fed to the controller 96.
May be additionally supplied. In addition, one important turbine parameter reflects the steam flow rate through the turbine sections 68 and 72. The steam pressure in the impulse chamber (first stage outlet) of the high-pressure turbine unit 68 is appropriately selected according to the purpose of this embodiment. A conventional pressure transducer 112 is located in the impulse chamber and has a signal 114 representative of the vapor pressure in the impulse chamber.
Is generated and supplied to the controller 96.

【0019】本発明のコントローラ96は、上述した調
整済み発電プラント制御系における主制御装置であると
考えてよく、典型的には、例えばデジタルイクイップメ
ント社から入手しうる商品名・マイクロバックスコンピ
ュータ(MicroVax computer)のようなマイクロコンピュ
ータを備える。このコンピュータはタービンシステムの
制御を行うために必要な種々の演算を実行することがで
きる。
The controller 96 of the present invention may be considered to be the main controller in the regulated power plant control system described above, and is typically available under the trade name MicroVax Computer (MicroVax Computer) from, for example, Digital Equipment Corporation. computer). This computer is capable of performing the various operations required to control the turbine system.

【0020】再び図1において、最適効率或は熱消費率
を得るために、変圧運転を定圧運転に組み合わせること
が望ましい。理想環境においては、各制御弁を開閉すべ
き弁点は、そのタービン設計から演算することができ、
実際に、各タービン製造者は、かかるタービンの設計パ
ラメータを用いて建造されたタービンについての負荷
(又は他の変数)の関数として理想弁点及び理想移行点
を計算する方法を独自に有する。この設計計算を用いて
図1のグラフが作成される。しかし、翼列の製造公差の
ようなの諸要因や、復水器圧力、再熱器の温度及び圧力
のようなタービンパラメータを結合して、演算された値
以外で理想弁点及び理想移行点を得ることができる。従
って、コントローラ96は、実際の測定値に基づく図1
の値を変更する計算能力を備えなければならない。更に
判明したことは、衝動室圧力は、より高いエンタルピー
及び比容積のため、定圧運転の間よりも変圧運転の間に
より高い。従って、複数の弁点は、定圧運転の間に必然
的に設定されるので、各制御弁曲線における移行点は定
絞り圧力に関して定義されている。これは、タービン負
荷が増大中であれば、移行が定絞り圧運転から変圧運転
へと行われるので、問題ではないが、負荷の減少中であ
れば、移行が変圧運転から定絞り圧運転へと行われるの
で、問題である。従って、最適移行点が選択されたなら
ば、変圧運転中の衝動室圧力を等価の定絞り圧値に変換
することが必要である。
Referring again to FIG. 1, it is desirable to combine variable pressure operation with constant pressure operation to obtain optimum efficiency or heat dissipation rate. In an ideal environment, the valve points at which each control valve should be opened and closed can be calculated from its turbine design,
Indeed, each turbine manufacturer has their own method of calculating the ideal valve point and ideal transition point as a function of load (or other variable) for a turbine built using such turbine design parameters. The graph of FIG. 1 is created using this design calculation. However, various factors such as blade manufacturing tolerances and turbine parameters such as condenser pressure, reheater temperature and pressure are combined to produce ideal valve points and ideal transition points other than calculated values. Obtainable. Therefore, the controller 96 is based on the actual measurement values.
It must have the computing power to change the value of. It has further been found that the impulse chamber pressure is higher during variable pressure operation than during constant pressure operation due to the higher enthalpy and specific volume. Therefore, since a plurality of valve points are necessarily set during constant pressure operation, the transition points in each control valve curve are defined in terms of constant throttle pressure. This is not a problem because the transition is from constant throttle pressure operation to variable pressure operation if the turbine load is increasing, but if the load is decreasing, the transition is from variable pressure operation to constant throttle pressure operation. Is done, so it is a problem. Therefore, once the optimum transition point is selected, it is necessary to convert the impulse chamber pressure during variable pressure operation to an equivalent constant throttle pressure value.

【0021】本発明者は、定絞り圧での衝動室圧力に、
各運転モードについての圧力−体積(PV)の積の比の
平方根を掛けると、その結果は変圧運転に対応するもの
に密接に合致する圧力となることを、知見した。数学的
には、これを式1のように表すことができる。ここで、
icは定絞り圧での衝動室圧力、Pisは絞り変圧での衝
動室圧力、(PV)sは絞り変圧での衝動室の圧力−体
積の積、(PV)cは定絞り圧での衝動室の圧力−体積
の積である。
The inventor has found that the impulse chamber pressure at a constant throttle pressure is
It has been found that, when multiplied by the square root of the pressure-volume (PV) product ratio for each mode of operation, the result is a pressure closely matching that corresponding to the variable pressure operation. Mathematically, this can be expressed as Equation 1. here,
P ic is the impulse chamber pressure at constant throttle pressure, P is is the impulse chamber pressure at throttle transformer, (PV) s is the impulse chamber pressure-volume product at throttle transformer, (PV) c is the constant throttle pressure. Is the pressure-volume product of the impulse chamber.

【0022】[0022]

【数1】 [Equation 1]

【0023】正確さが劣る関係であるが、上記PVの積
を絶対温度での衝動室温度に入れ換えて式2のように示
し得る。
Although the accuracy is inferior, the product of PV can be replaced with the impulse chamber temperature in absolute temperature, and can be expressed as in equation (2).

【0024】[0024]

【数2】 [Equation 2]

【0025】この方法の精度は、翼列の流れ領域が設計
値から外れた状況を考慮することによって更に確証され
た。タービン流れ領域が設計領域に正確に一致し且つ2
つの偏差が導入されたときの移行点を決定するために演
算が行われた。その1つの偏差では、(合計18列のう
ち)高圧タービン部68の反動翼列の内の最初の6列に
おける流れ領域は5%だけ増大された。第2の偏差で
は、制御段のノズル領域が2%だけ増大された。
The accuracy of this method was further validated by considering the situation where the flow region of the cascade was out of design. The turbine flow region exactly matches the design region and 2
Arithmetic was performed to determine the transition point when the two deviations were introduced. In that one deviation, the flow area in the first six rows of the high pressure turbine section 68 reaction blade rows (out of a total of 18 rows) was increased by 5%. In the second deviation, the nozzle area of the control stage was increased by 2%.

【0026】表1及び2は、6つの制御弁を有する44
0MWタービンの3組の流れ領域に対する、移行点での
定圧及び変圧についての衝動室圧力を示す。表1は8
3.3%から100.0%の流入周範囲で蒸気を供給す
る制御弁に関する。表2は50%から66.7%の流入
周範囲で蒸気を供給する制御弁に関する。所定の流入周
における複数のノズルを通過する蒸気量は、ノズルチョ
ーク(臨界圧力比を有する)まで、ユニット負荷の減少
と共に増大する。更に、負荷の減少と共に、衝動室温度
は減少する。
Tables 1 and 2 have 6 control valves 44
Figure 6 shows impulse chamber pressures for constant pressure and transition at transition for three sets of 0MW turbine flow regions. Table 1 is 8
The present invention relates to a control valve that supplies steam in an inflow circumferential range of 3.3% to 100.0%. Table 2 relates to control valves supplying steam in the inlet circumference range of 50% to 66.7%. The amount of steam passing through multiple nozzles in a given inlet circumference increases with decreasing unit load up to the nozzle choke (which has a critical pressure ratio). Furthermore, the impulse chamber temperature decreases with decreasing load.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】特定の弁が閉じ始めようとした際の測定衝
動室圧力と、次の制御弁が定絞り圧運転の間に閉じ始め
る直前の測定圧力とを利用することによって、移行点に
おける最適衝動室圧力を密接に予測する相関関係が発生
された。3組の流れ領域全ての最適衝動室圧力は、所定
の制御弁のその閉じ始め及び閉止中における負荷及び流
量の2つのレベルでの衝動室圧力に関する差、即ち△P
icは実際には一定の割合であった。
By utilizing the measured impulse chamber pressure when a particular valve is about to begin to close and the measured pressure just before the next control valve begins to close during constant throttle pressure operation, the optimum impulse at the transition point is obtained. A correlation was generated that closely predicts chamber pressure. The optimum impulse chamber pressures for all three sets of flow zones are the difference with respect to the impulse chamber pressures at the two levels of load and flow rate during the opening and closing of a given control valve, ie ΔP
The ic was actually a constant percentage.

【0030】これ等の3つの場合、△Picに対する乗数
は第6の制御弁では53.4%と54.1%の間で変化
し、第4の制御弁では74.0%と76.8%の間で変
化した。
In these three cases, the multiplier for ΔP ic varies between 53.4% and 54.1% for the sixth control valve and 74.0% and 76.% for the fourth control valve. It varied between 8%.

【0031】使用した割合がタービンの設計領域に一致
していれば、定絞り圧及び絞り変圧の両運転における第
6の制御弁及び第4の制御弁での予測衝動室圧力、即ち
Pestはそれぞれ表3の及び表4の通りである。Pactはタ
ービン性能のコンピュータプログラムから演算された衝
動室圧力である。
If the ratio used matches the design range of the turbine, the predicted impulse chamber pressures at the sixth control valve and the fourth control valve in both constant throttle pressure and throttle variable pressure operation, that is,
Pests are as shown in Table 3 and Table 4, respectively. Pact is the impulse chamber pressure calculated from the turbine performance computer program.

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】[0033]

【表4】 [Table 4]

【0034】反動翼列及び制御段ノズルのために製造さ
れたままの流れ領域がタービン性能予測プログラムにお
いて用いられたならば、結果は「設計通り」と記された
比較に接近することになるであろう。提案された方法は
実地データから衝動室圧力に関する実際(測定)変化を
用いているので、演算された移行点は正確になる。その
結果、蒸気状態或はタービンの劣化に関する如何なる変
化も分析によって考慮されることになる。両状態は衝動
室圧力及び温度に変化をもたらすことなる。実測の効果
を評価するために、上記PV積の平方根はこれ等の2つ
の状態に関して演算される。第1に、温度は予想値であ
ると仮定した。第2に、温度は予測又は測定したものよ
り低い10゜F(5.6℃)であると仮定した。誤った温
度でPVを用いた際の2つの平方根の差は、約0.02
5%で1.01639対1.01665である。両方の温
度は10゜F(5.6℃)だけ異なっているので、誤差は
実際には相殺された。
If the as-manufactured flow region for the reaction cascade and control stage nozzle were used in the turbine performance prediction program, the results would approach the comparison marked "as designed." Ah Since the proposed method uses actual (measured) changes in impulse chamber pressure from field data, the calculated transition points are accurate. As a result, any changes in steam condition or turbine degradation will be taken into account by the analysis. Both conditions will result in changes in impulse chamber pressure and temperature. The square root of the PV product is calculated for these two states to evaluate the effect of the actual measurement. First, the temperature was assumed to be the expected value. Second, the temperature was assumed to be 10 ° F (5.6 ° C) lower than predicted or measured. The difference between the two square roots when using PV at the wrong temperature is about 0.02
It is 1.0639 vs. 1.0166 at 5%. Since both temperatures differ by 10 ° F (5.6 ° C), the error was actually offset.

【0035】2つのPV項の平方根を決定するためには
多くの方法がある。1つの方法としては、設計値を用い
ることである。他の方法としては、領域の組み合わせ通
りの値を用いて、タービン性能演算から得られた定圧及
び変圧PV積から平方根を演算することである。更なる
他の方法は、定圧移行点(衝動室圧力)での測定衝動室
温度、即ちTicを用いることである。次いで、負荷を一
定に保持して、絞り圧を減少する。これは制御弁を開か
せることになる。制御弁が全開された際、衝動室温度及
び圧力を測定する。
There are many ways to determine the square root of two PV terms. One method is to use design values. Another method is to calculate the square root from the constant pressure and the transformation PV product obtained from the turbine performance calculation, using the values according to the combination of regions. Yet another method is to use the measured impulse chamber temperature, or T ic , at the constant pressure transition point (impulse chamber pressure). The load is then held constant and the throttling pressure is reduced. This will open the control valve. When the control valve is fully opened, the impulse chamber temperature and pressure are measured.

【0036】次に、比容積が、蒸気特性表を用いて、2
組の圧力及び温度から演算される。コントローラ96は
この演算を実行できるマイクロバックスコンピュータを
備える。制御システムが蒸気特性の演算法を備えていな
ければ、圧力及び温度の関数としてのエンタルピーhを
先ず演算し、それから圧力の各種レベルのためのエンタ
ルピーの関数としてのPVを演算する実験式が使用可能
である。これ等の式は米国特許第4,827,429号明
細書に記載されている。この後者の方向に対するオンラ
イン更新は、設備の劣化や他の偏差を補償するために移
行点の調整を可能としている。
Next, the specific volume is 2 using the vapor characteristic table.
Calculated from the pressure and temperature of the set. The controller 96 comprises a Microbucks computer capable of performing this operation. If the control system does not have a method for calculating steam properties, an empirical formula can be used to first calculate the enthalpy h as a function of pressure and temperature, and then PV as a function of enthalpy for various levels of pressure. Is. These equations are described in US Pat. No. 4,827,429. On-line updates for this latter direction allow adjustment of transition points to compensate for equipment degradation and other deviations.

【0037】これ等の3つの場合(設計領域、5%過剰
反動翼列領域、2%過剰ノズル領域)について提案され
た方法を用いて、近似法を用いることによって最適値か
らの熱消費率の増大を決定する演算が行われた。正しく
ない移行点により生じた熱消費率誤差は、第6制御弁で
1Btu/Kwh(1Kj/Kwh)以下であり、第4制御弁で0.
7Btu/Kwh(0.7Kj/Kwh)と2Btu/Kwh(2Kj/Kw
h)の間であった。この2Btu/Kwh(2Kj/Kwh)の偏差
は移行点で変圧運転に伴って生じた。この同じ点での定
圧運転による偏差は0.7Btu/Kwh(0.7Kj/Kwh)であ
った。
Using the method proposed for these three cases (design area, 5% excess reaction blade row area, 2% excess nozzle area), the heat dissipation rate from the optimum value can be calculated by using the approximation method. An operation was performed to determine the increase. The heat consumption rate error caused by the incorrect transition point is less than 1 Btu / Kwh (1 Kj / Kwh) in the 6th control valve and 0. 4 in the 4th control valve.
7Btu / Kwh (0.7Kj / Kwh) and 2Btu / Kwh (2Kj / Kw)
It was during h). This deviation of 2Btu / Kwh (2Kj / Kwh) occurred at the transition point due to the variable voltage operation. The deviation due to the constant pressure operation at this same point was 0.7 Btu / Kwh (0.7 Kj / Kwh).

【0038】以上説明した本発明は、蒸気タービンの可
変運転中に変圧運転から定圧運転に移行するための最適
移行点を設定する方法を提供するが、圧力及び制御弁閉
止が最適移行点への到達後に調整される方法によって更
に改善が達成可能である。図2を再び参照すれば、先行
技術に係る運転下での各移行点において、タービン負荷
出力を減少するために制御弁は移行点から閉じられる
が、圧力は名目上のタービン運転圧力に戻るように急激
に増大されてその点に保持されることが分かる。一旦、
特定の制御弁が全閉されたならば、変圧運転はタービン
出力を減少するために再び利用される。各移行点におい
て、絞り圧の急激な増大によって、ロータにも第1段制
御翼列にも著しい熱応力が作用する。本発明者は、蒸気
圧力或は絞り圧を移行点におけるその最小値からその名
目上の運転値まで徐々に増大させることによって、この
熱応力と制御段翼列の衝撃荷重とを最小化することを提
案しており、付属した特定の制御ループに関連した制御
弁がその最小開口即ち全閉位置に到達した点だけで、そ
の名目上の値に達する。図2は破線48’によってこの
改善運転を示している。絞り蒸気圧力のこの漸次的な増
大と同時に、関連する制御弁もまたその全開位置から出
発して徐々に閉止し始めることが許容される。この運転
モードにおいて、制御弁が例えば約20%程度の幾分小
さな割合だけ閉止され、且つ、絞り圧が最適移行点の値
と名目上の蒸気圧力の値との間のある値に保持される特
定点があってよい。また、この運転方法は単一の制御弁
の閉止或は複数の制御弁の閉止の何れにも利用しうるこ
とに注目されたい。熱消費率の改善は、タービンを複数
の移行点の間で上述の方法により運転することによって
達成されると信じられる。
The present invention described above provides a method for setting an optimum transition point for transitioning from variable pressure operation to constant pressure operation during variable operation of a steam turbine, but pressure and control valve closure lead to the optimum transition point. Further improvements can be achieved by the method of adjusting after arrival. Referring again to FIG. 2, at each transition point under operation according to the prior art, the control valve is closed from the transition point to reduce turbine load output, but the pressure is restored to the nominal turbine operating pressure. It can be seen that it is rapidly increased to and held at that point. Once
Once the particular control valve is fully closed, the variable pressure operation is re-used to reduce the turbine output. At each transition point, a significant increase in throttle pressure causes significant thermal stress on both the rotor and the first stage control blade row. The inventor minimizes this thermal stress and control stage cascade impact load by gradually increasing the steam or throttle pressure from its minimum value at the transition point to its nominal operating value. And the nominal value is reached only at the point where the control valve associated with the particular control loop attached has reached its minimum open or fully closed position. FIG. 2 illustrates this improved operation by the dashed line 48 '. At the same time as this gradual increase in throttle steam pressure, the associated control valve is also allowed to start gradually from its fully open position and gradually begin to close. In this mode of operation, the control valve is closed by a rather small percentage, for example of the order of 20%, and the throttle pressure is kept at a value between the optimum transition point value and the nominal steam pressure value. There may be specific points. It should also be noted that this method of operation can be used to close either a single control valve or multiple control valves. It is believed that the improved heat rate is achieved by operating the turbine between transition points in the manner described above.

【0039】上記運転モードを用いれば、絞り圧は、移
行点と弁点との間で衝動圧力が減少するときに、線形に
増大する。例えば、図2において、弁点は符号49で示
され、移行点は符号51で示される。タービンは、負荷
が弁点49のような弁点から減少するときの圧力減少で
の全流入範囲に亙って、変圧運転で作動する。圧力は、
移行点で最小値に到達してから、次のより低い弁点に到
達したときに、その名目値まで増大する。
With the above operating mode, the throttle pressure increases linearly as the impulse pressure decreases between the transition point and the valve point. For example, in FIG. 2, the valve point is labeled 49 and the transition point is labeled 51. The turbine operates in variable pressure operation over the entire inflow range at pressure reduction as the load decreases from the valve point, such as valve point 49. Pressure is
The minimum value is reached at the transition point and then increased to its nominal value when the next lower valve point is reached.

【0040】前述した運転方法は、熱消費率の改善や第
1段翼列の衝撃荷重の減少と共に、第1段の出口温度及
びボイラ胴温度のより緩やかな変化をもたらす。熱消費
率の改善は、圧力が高くなると大きくなるサイクル有効
エネルギと、圧力比が変化するときの第1段効率の変動
と、部分流入損失の変動との間での折衷である。
The above-mentioned operating method brings about a more gradual change in the outlet temperature of the first stage and the temperature of the boiler shell together with the improvement of the heat consumption rate and the reduction of the impact load of the first stage blade row. The improvement in heat dissipation rate is a compromise between cycle effective energy, which increases as pressure increases, fluctuations in first-stage efficiency when pressure ratio changes, and fluctuations in partial inflow loss.

【0041】前述した運転方法によって、著しい熱消費
率の改善を犠牲にすることなく、最適移行点を決定する
手順を変更し得ることに注目されたい。特に、可変圧運
転はタービンの減少出力サイクルを通じて利用されるの
で、移行点での定圧運転第1段出口圧力を測定してか
ら、それを変更して2つの圧力−体積項或は絶対温度の
平方根を用いることによって変圧運転圧力を得るように
する必要なしに、移行点は2つの隣接する弁点間の圧力
差の所定割合となるように選択できる。
It should be noted that the method of operation described above may alter the procedure for determining the optimum transition point without sacrificing significant heat rate improvement. In particular, because variable pressure operation is utilized throughout the turbine's reduced power cycle, the constant pressure operation first stage outlet pressure at the transition point is measured and then changed to determine two pressure-volume terms or absolute temperature. The transition point can be chosen to be a predetermined percentage of the pressure difference between two adjacent valve points without having to obtain the variable operating pressure by using the square root.

【0042】以上、本発明の原理は例示的な実施例によ
って明白にされたが、当業者にとって明らかであるよう
に、前述した各種の例における構造、配列及び構成要素
の多数の変更等は、特許請求の範囲に記された本発明の
精神及び範囲から逸脱することなく特定の運転条件に適
合した代替実施例をもたらすために、本発明の実施に際
して行い得る。
While the principles of the present invention have been clarified above by way of illustrative embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous changes in structure, arrangement and components in the various examples described above may be made. It may be done in the practice of the invention to provide alternative embodiments adapted to the particular operating conditions without departing from the spirit and scope of the invention as claimed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 蒸気タービン制御の先行技術の方法でのター
ビン出力又は負荷対熱消費率の特性曲線のグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph of turbine power output or load versus heat rate characteristic curves for a prior art method of steam turbine control.

【図2】 図1の方法について負荷の関数としての絞り
圧を示すグラフである。
2 is a graph showing throttling pressure as a function of load for the method of FIG.

【図3】 図1の方法について算定された効率改善を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the efficiency improvement calculated for the method of FIG.

【図4】 本発明の方法を実施するのに適した蒸気ター
ビン発電プラントの一形態の簡略化された概念図であ
る。
FIG. 4 is a simplified conceptual diagram of one form of a steam turbine power plant suitable for carrying out the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

60…ボイラ、64…蒸気進入弁(制御弁)、68…高
圧タービン部、72…低圧タービン部、96…タービン
効率最適コントローラ。
60 ... Boiler, 64 ... Steam admission valve (control valve), 68 ... High-pressure turbine section, 72 ... Low-pressure turbine section, 96 ... Optimal turbine efficiency controller.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 変圧運転モードと定圧運転モードとで選
択的に作動可能な部分周流入の蒸気タービンを備える蒸
気タービン発電プラントの出力変動中における運転効率
を改善するために、前記定圧運転モードにおける出力変
動は、選択された複数の部分周への蒸気流入量を変えて
前記蒸気タービンへの蒸気の体積流量を変更すべく徐々
に弁を開閉することによって行われ、前記部分周の各々
は、各部分周への蒸気流入を制御する全開した弁及び全
閉した弁に対応する隣接の弁点によって画定され、変圧
運転は、前記蒸気タービンの蒸気室への蒸気圧力を変え
ることによって影響され、運転効率は、前記出力変動の
少なくともある部分の間に変圧運転を用い、前記出力変
動の他の部分の間に定圧運転を用いることによって改善
される、蒸気タービン発電プラントの運転効率改善方法
であって、 定圧での前記蒸気タービンの運転中に複数の弁点の各々
における衝動室圧力を測定し、 隣接する各対の弁点について、前記変圧運転モード及び
前記定圧運転モードの一方から他方への移行のために最
適定圧移行点圧力を計算し、 前記各対の弁点についての前記最適定圧移行点圧力を前
記隣接する対の弁点間の対応する圧力差割合に変換し、 前記測定の段階で得られた各弁点での前記衝動室圧力か
ら、前記変換の段階で導出された前記圧力差割合に基づ
いて、前記変圧運転モード及び前記定圧運転モードの一
方から他方への移行のための対応衝動室圧力を算出し、 前記算出の段階から得られた移行のための前記対応衝動
室圧力を衝動室圧力の測定値と比較し、 前記測定値が前記算出の段階で得られた前記移行圧とほ
ぼ等しいとき、前記変圧運転モード及び前記定圧運転モ
ードの一方から他方へ移行する、諸段階を含む蒸気ター
ビン発電プラントの運転効率改善方法。
1. In order to improve the operating efficiency during the output fluctuation of a steam turbine power plant including a partial-circumferential flow steam turbine that can be selectively operated in a variable pressure operation mode and a constant pressure operation mode, the constant pressure operation mode is used. The output fluctuation is performed by gradually opening and closing the valve to change the steam inflow amount to the selected plurality of partial circles to change the volume flow rate of steam to the steam turbine, and each of the partial circles, Defined by adjacent valve points corresponding to fully open and fully closed valves controlling steam inflow to each partial circumference, variable pressure operation is affected by varying steam pressure to the steam chamber of the steam turbine, Operational efficiency is improved by using transformer operation during at least some of the power fluctuations and constant pressure operation during other parts of the power fluctuations. A method for improving the operating efficiency of a power plant, wherein the impulse chamber pressure at each of the plurality of valve points is measured during operation of the steam turbine at a constant pressure. Calculating the optimum constant pressure transition point pressure for the transition from one of the constant pressure operating modes to the other, the optimum constant pressure transition point pressure for each pair of valve points being the corresponding pressure between the adjacent pair of valve points. Converted to a difference ratio, from the impulse chamber pressure at each valve point obtained in the measurement step, based on the pressure difference ratio derived in the conversion step, the variable pressure operation mode and the constant pressure operation mode Calculating the corresponding impulse chamber pressure for the transition from one to the other, comparing the corresponding impulse chamber pressure for the transition obtained from the stage of calculation with the measured value of the impulse chamber pressure, the measured value being Obtained at the calculation stage When approximately equal to the transition pressure which, while shifts to the other from the sliding pressure mode and the constant pressure operation mode, the operating efficiency improvement method of the steam turbine power plant including the stages.
【請求項2】 変圧運転モードと定圧運転モードとで選
択的に作動可能な部分周流入の蒸気タービンを備える蒸
気タービン発電プラントの出力変動中における運転効率
を改善するために、前記定圧運転モードにおける出力変
動は、選択された複数の部分周への蒸気流入量を変えて
前記蒸気タービンへの蒸気の体積流量を変更すべく徐々
に弁を開閉することによって行われ、前記部分周の各々
は、各部分周への蒸気流入を制御する全開弁及び全閉弁
に対応する隣接の弁点によって画定され、変圧運転は、
前記蒸気タービンの蒸気室への蒸気圧力を変えることに
よって影響され、運転効率は、前記出力変動の少なくと
もある部分の間に変圧運転を用い、前記出力変動の他の
部分の間に定圧運転を用いることによって改善される、
蒸気タービン発電プラントの運転効率改善方法であっ
て、 定圧での前記蒸気タービンの運転中に複数の弁点の各々
における衝動室圧力を測定し、 隣接する各対の弁点について、前記変圧運転モードから
前記定圧運転モードへの移行のために各対の隣接弁点間
の最適定圧移行点を計算し、 該最適定圧移行点を対応する変圧移行値に変換し、 前記衝動室圧力が該変圧移行値に達したときに変圧運転
から定圧運転へ移行する、諸段階を含む蒸気タービン発
電プラントの運転効率改善方法。
2. In order to improve operating efficiency during output fluctuation of a steam turbine power plant including a partial-circulation inflow steam turbine that can be selectively operated in a variable pressure operation mode and a constant pressure operation mode, a constant pressure operation mode in the constant pressure operation mode is used. The output fluctuation is performed by gradually opening and closing the valve to change the steam inflow amount to the selected plurality of partial circles to change the volume flow rate of steam to the steam turbine, and each of the partial circles, The variable pressure operation is defined by the adjacent valve points corresponding to the fully open and fully closed valves controlling the steam inflow to each partial circumference.
Affected by changing the steam pressure to the steam chamber of the steam turbine, the operating efficiency uses variable pressure operation during at least some part of the power fluctuation and constant pressure operation during other parts of the power fluctuation. Be improved by
A method for improving the operating efficiency of a steam turbine power plant, wherein the impulse chamber pressure at each of a plurality of valve points is measured during operation of the steam turbine at a constant pressure, and for each adjacent pair of valve points, the variable pressure operation mode is set. To the constant pressure operation mode, the optimum constant pressure transition point between the adjacent valve points of each pair is calculated, and the optimum constant pressure transition point is converted to the corresponding transformation transition value, and the impulse chamber pressure is changed to the transformation transition. A method for improving the operating efficiency of a steam turbine power plant including various stages, in which a variable pressure operation is switched to a constant pressure operation when the value is reached.
【請求項3】 電力需要に合致するように蒸気流量が制
御される部分周流入の蒸気タービンにおけるロータの熱
応力及び制御段翼列の衝撃荷重を軽減するための方法で
あって、前記蒸気タービンは、前記制御段翼列における
所定部分周に蒸気を流入するためにそれぞれ配置された
複数の制御弁を備える、蒸気タービンの熱応力及び衝撃
荷重軽減方法において、 前記複数の制御弁における蒸気圧力を、定蒸気圧力で運
転しながら所定の蒸気流量値まで第1の制御弁を閉じる
ことによって達成可能な熱消費率に対応する所定値まで
減少し、 前記第1の制御弁を最少流量位置まで閉じながら、蒸気
圧力を前記所定値から別の値まで徐々に増大し、 定蒸気圧力で運転しながら、蒸気圧力を、別の制御弁を
別の所定蒸気流量値まで閉じることによって達成可能な
別の熱消費率に対応する別の所定値まで減少し、 前記別の制御弁を最少流量位置まで閉じながら、蒸気圧
力を前記別の所定値から前記別の値まで徐々に増大し、 タービン出力が電力需要に合致するまで、前記蒸気圧力
の増減及び前記制御弁の閉止の各段階を繰り返す、蒸気
タービンの熱応力及び衝撃荷重軽減方法。
3. A method for reducing thermal stress of a rotor and impact load of a control stage cascade in a partial-circulation inflow steam turbine in which a steam flow rate is controlled so as to meet an electric power demand. In the method for reducing thermal stress and impact load of a steam turbine, each of which is provided with a plurality of control valves arranged to allow steam to flow into a predetermined partial circumference in the control stage blade row, steam pressure in the plurality of control valves is reduced. , Decreasing to a predetermined value corresponding to the heat consumption rate achievable by closing the first control valve to a predetermined steam flow value while operating at constant steam pressure, and closing the first control valve to a minimum flow position However, the steam pressure is gradually increased from the above predetermined value to another value, and the steam pressure is reached by closing another control valve to another predetermined steam flow value while operating at a constant steam pressure. Decrease to another predetermined value corresponding to another heat rate that can be achieved, and gradually increase the steam pressure from the other predetermined value to the other value while closing the other control valve to the minimum flow rate position. A method for reducing thermal stress and impact load of a steam turbine, wherein the steps of increasing and decreasing the steam pressure and closing the control valve are repeated until the turbine output matches the power demand.
JP5127389A 1992-05-29 1993-05-28 Method for improving operating efficiency of steam turbine power plant Expired - Lifetime JPH0811923B2 (en)

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CN105134312A (en) * 2015-08-17 2015-12-09 西安西热节能技术有限公司 Method for determining running valve position of subcritical nozzle governing steam turbine

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ES2088814R (en) 1997-05-16
IT1263665B (en) 1996-08-27
CA2097267A1 (en) 1993-11-30
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ITPD930117A1 (en) 1994-11-19
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