JPH0742843B2 - 混圧タービンの起動制御装置 - Google Patents

混圧タービンの起動制御装置

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JPH0742843B2
JPH0742843B2 JP60034378A JP3437885A JPH0742843B2 JP H0742843 B2 JPH0742843 B2 JP H0742843B2 JP 60034378 A JP60034378 A JP 60034378A JP 3437885 A JP3437885 A JP 3437885A JP H0742843 B2 JPH0742843 B2 JP H0742843B2
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pressure steam
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
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    • F01K7/18Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbine being of multiple-inlet-pressure type
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明な高圧蒸気入口部と低圧蒸気入口部を有し、ある
いは抽気系統を有する混圧タービンの起動制御装置に係
り、特に蒸気タービン,ガスタービン,排ガス回収ボイ
ラを有する複合サイクル用蒸気タービンのロータに発生
する応力を抑制しつつ混圧タービンの起動を制御するの
に好適な混圧タービンの起動制御装置に関する。
〔発明の背景〕
近年、高効率発電プラントとして、圧縮機を有するガス
タービン,ガスタービンの排ガス熱を回収するボイラ、
および蒸気タービンからなる複合サイクルプラントの運
用が多くなつてきた。
この複合サイクルプラントの系統図を第2図に示す。ガ
スタービン1からの排ガス回収ボイラ2の低圧ドラム3
を蒸気源とする低圧蒸気系統4及び高圧ドラム5後の蒸
気を使用する高圧蒸気系統6が蒸気タービン7へ接続さ
れており復水器8よりボイラ2に戻るサイクルを構成し
ている。
蒸気タービンの負荷変化に伴い、蒸気タービンの車室或
いはロータの温度は変化する、がこの代表例を第3図に
示す。今、冷機起動の場合、すなわちロータ温度はほぼ
室温に等しく、高温の蒸気が流入する場合について説明
する。まず、蒸気流入に伴い、破線で示したロータ表面
温度10は上昇し、同じく破線で示したロータ表面応力13
は圧縮応力を生ずる。ここで一番熱応力が高くなるの
は、デイスクつけ根など応力集中のある部分で、その応
力はマイナス降伏点15を越え、定常状態では引張りの残
留応力14を生ずる。一方、この過程で一点鎖線で示した
ロータ中心孔温度11の変化によつて、実線で示したロー
タ表面と逆向きのロータ中心孔応力12を生ずる。タービ
ン停止時はロータ温度は高いままで実線で示した蒸気温
度9の方が低くなり、このときロータ表面応力10は引張
り応力を生じ、逆にロータ中心孔応力12は圧縮圧力とな
る。
このような熱応力の発生に対して、従来の火力タービン
では第4図に示すごとくタービン第1段後の蒸気検出器
16、蒸気温度検出器28からロータ表面の熱伝達率Kを計
算し、ロータ表面及び中心孔の熱応力演算器18と、ロー
タ回転数測定器19にて計測された回転数から遠心応力演
算器20に入り、前記熱応力との合成応力を演算機21にて
演算し、さらにロータのクリーブ寿命等を演算して応力
監視するシステムになつている。
従来、本複合サイクルプラントにおいては起動時及び低
負荷時においてガスタービンの排ガス回収ボイラの蒸気
温度が、定格負荷に比較して急激に低下する特徴があ
る。この特性図を第5図に示すが、高圧蒸気系統の温度
30の変化は低圧蒸気系統の温度31の変化に較べ大きい。
従つて冷機起動において高圧初段後等のロータメタル温
度が低いのに対して、急速起動により高温の主蒸気が流
入することにより、ロータに過大な熱応力を発生すると
いう不具合があつた。
近年、外線系統事故時に事故復旧まで一時的にプラント
出力をプラント所内必要出力まで降下させて運転するい
わゆる所内単独運転が要求されている。この所内単独運
転時や暖機停止時には、ロータメタル温度が高いのに対
し、流入蒸気温度は低く、ロータに熱応力を発生すると
いう不具合があつた。
複合サイクルプラントにおいては起動,停止回数が多い
ことからタービンロータの熱応力管理が重要な項目とな
つている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、高
圧蒸気系統と低圧蒸気系統とからなる混圧タービンロー
タあるいは高圧蒸気系統,低圧蒸気系統及び抽気系統か
らなる混圧タービンのロータに発生する応力が、あらゆ
る起動条件においても過大とならないように混圧タービ
ンの起動を制御する混圧タービン起動制御装置を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するための本発明に係る混圧タービン起
動制御装置は、高圧蒸気の流量を制御する高圧蒸気止弁
32を有する高圧蒸気系統6と、低圧蒸気の流量を制御す
る低圧蒸気止弁35を有する低圧蒸気系統4とを備え、こ
れらの蒸気系統から供給される蒸気により駆動される混
圧タービンの起動制御装置において、 前記高圧蒸気系統6と前記低圧蒸気系統4とを連結して
蒸気を流通する接続配管38と、該接続配管を流通する蒸
気の流量を制御する蒸気制御弁39と、前記高圧蒸気止弁
32と前記低圧蒸気止弁35と前記蒸気制御弁39の各々の弁
の開度量を制御する弁開閉器27とを設けると共に、 前記混圧タービンの混圧部と第1段部の蒸気温度及び蒸
気圧力からから前記混圧タービンのロータ部に発生する
熱応力を演算する熱応力演算器18とを設け、 前記熱応力演算器18の出力信号に基づいて求められた前
記ロータ部に発生する応力が、前記混圧タービンの暖機
起動時に所定値を超えたときは、前記高圧蒸気が前記低
圧蒸気系統4に流入されるように、前記低圧蒸気止弁35
を閉じ、前記蒸気制御弁3を開くような制御信号を前記
弁開閉器27に印加し、 かつ前記ロータ部に発生する応力が、前記混圧タービン
の冷機起動時に所定値を超えたときには、前記低圧蒸気
が前記高圧蒸気系統に流入されるように、前記高圧蒸気
止弁32閉じ、前記蒸気制御弁39を開くような制御信号を
前記弁開閉器27に印加する弁調整器26を設けたことを特
徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に沿つて説明する。まず本
発明の構成を第1図に示す。
高圧蒸気系統にある蒸気止弁32と蒸気コントロール弁33
との間の点34より、低圧蒸気系統のある蒸気止弁35と蒸
気コントロール弁36との間の点37を接続する配管38を設
置し、本接続配管には蒸気量を制御する蒸気制御弁39を
設置する。
第1図の応力管理システムは高圧第1段後及び混圧部を
対象としたコンバインドタービンの例である。
第1図において回転数測定器19は各運転時でのロータ回
転数を測定する装置である。ロータ遠心応力演算器20で
は、あらかじめその回転数と中心孔遠心応力σについ
てデータがインプツトされており、該回転数測定器19で
検出した回転数に対し、それぞれのロータ遠心応力σ
を演算する。
蒸気温度選定器22にて選定された蒸気温度は、その温度
変化ΔTを演算する演算器17及び圧力検出器16による高
圧第1段後圧力とからロータ表面の熱伝達率を求め、ロ
ータ熱応力が熱応力演算器18にて計算される。ロータ熱
応力演算器18はロータ表面と中心孔応力を演算する。
合成応力演算器21は遠心応力σと熱応力σとを合成
する演算器であり、さらには運転時間計測器22にて記憶
した運転時間により、クリープ損耗をクリープ損耗演算
器23にて計算し、ロータの応力判定器24に接続される。
もし、その熱応力が許容値σTAを越えれば、弁調節器26
にその弁調整を指示する。また許容値内であれば継続運
転可能信号器25により信号を出す。
弁開閉器27は弁調整器26からの信号にて回転数制御及び
負荷制御のため加減弁を開閉する装置である。
次に第1図に示したロータ応力管理システムの作用動作
を説明する。
高圧初段に設置された圧力検出器16にて検出された初段
圧力P1と温度検出器28にて検出された初段後温度T1より
ロータ表面の熱伝達率を計算し、演算器17で算出された
温度変化ΔTにより熱応力演算器18にて熱応力σを計
算する。
第5図に示した如く、高圧蒸気系統の温度30の変化は低
圧蒸気系統の温度31の変化に較べ大きいので、冷機起動
においては高圧初段後ロータメタル温度が低いのに対
し、急速起動により高温の主蒸気が流入することによ
り、熱応力演算器18にてロータに過大熱応力を演算す
る。
ロータ応力判定器24にて、熱応力が許容値σTAを越えれ
ば、弁調節器26にて弁32を閉とじ、弁39を開として低圧
蒸気を高圧蒸気系統に入れることにより蒸気温度を下げ
ロータ応力が許容値以下となるようにする。
これとは逆に、暖機起動時や所内単独運転時には、混圧
段部のロータメタル温度が高いのに対し、必要蒸気量が
少ないため蒸気温度が低く、熱応力演算器18にてロータ
の過大熱応力を演算する。
ロータ応力判定器24にて、熱応力が許容値σTAを越えれ
ば、弁調整器26にて弁35を絞り、弁39を開として、高圧
蒸気を低圧蒸気系統に入れることにより蒸気温度を上
げ、ロータ応力が許容値以下となるように制御する。
第6図は抽気止弁42と抽気加減弁44とを有する抽気系統
と、低圧蒸気止弁35と低圧蒸気加減弁36とを有する低圧
蒸気系統とを各々止弁と加減弁と間を連結した場合の本
発明の一実施例である。第1図の実施例と同様に冷機起
動において抽気部のロータメタル温度が低いのに対し、
急速起動により高温の蒸気にロータがさらされ熱応力演
算器18にてロータに過大熱応力を演算する。ロータ応力
判定器24にて、熱応力が許容値σTAを越えれば、弁調節
器26にて弁42を閉とし、弁48を開として低圧蒸気を抽気
系統に入れることにより蒸気温度を下げ、ロータ応力が
許容値以下となるようにする。
これとは逆に、暖機起動時や所内単独運転時には、混圧
段部のロータメタル温度が高いのに対し、必要蒸気量が
少ないために蒸気温度が低く、熱応力演算器18にてロー
タの過大熱応力を演算する。ロータ応力判定器24にて熱
応力が許容値σTAを越えれば、弁調節器26にて弁35を絞
り、弁48を開とし、抽気蒸気を低圧蒸気系統に入れるこ
とにより蒸気温度を上げロータ応力が許容値以下となる
ように制御する。
第7図は高圧蒸気止弁32と高圧蒸気加減弁33とを有する
高圧蒸気系統と、抽気止弁42と抽気加減弁44を有する抽
気系統とを各々止弁と加減弁との間を連結した場合の本
発明の一実施例である。
本システムの作様動作は前記第1図及び第6図と同様
に、蒸気制御弁41を高圧蒸気系統から抽気系統へ流入さ
せ抽気部温度を上げ熱応力を制御するものである。
第8図は高圧蒸気止弁32と高圧蒸気加減弁33とを有する
高圧蒸気系統と、抽気止弁42と抽気加減弁44とを有する
抽気系統とを各々止弁と加減弁との間を連結し、同時に
抽気止弁42と抽気加減弁44とを有する抽気系統と低圧蒸
気止弁35と低圧蒸気加減弁を有する低圧系統とを各々止
弁と加減弁との間を連結した場合の一実施例である。こ
の場合蒸気制御弁40又は48とを閉とした場合第6図また
は第7図の例と同様になり、蒸気制御弁40及び48を同時
に制御することにより第1図と同様にロータ熱応力を制
御する。
〔発明の効果〕
以上のロータ応力管理法により、タービンロータ応力管
理が、精度よい応力管理法に改善され、特に起動,停止
及び負荷変動の激しい運転及び所内単独運転に対するロ
ータの信頼性及び安全性が向上できるという効果が達成
される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高圧系統と低圧系統とを連結した制御
システムに組込まれている線図の一実施例、第2図は複
合サイクルプラントの系統図、第3図は蒸気温度変動時
のロータ応力発生状況を示す図、第4図は従来の火力タ
ービンに対する応力管理システムを示す図、第5図は複
合サイクルプラントにおける蒸気タービンの蒸気温度特
性図、第6図は本発明の抽気系統と低圧系統とを連結し
た制御システムに組込まれている線図の一実施例、第7
図は本発明の高圧系統と抽気系統とを連結した制御シス
テムに組込まれている線図の一実施例、第8図は本発明
の高圧系統、抽気系統及び低圧系統を連結した制御シス
テムに組込まれている線図の一実施例である。 1……ガスタービン、2……排ガス回収ボイラ、3……
低圧ドラム、4……低圧蒸気系統、5……高圧ドラム、
6……高圧蒸気系統、7……蒸気タービン、8……復水
器、9……蒸気温度、10……ロータ表面温度、11……ロ
ータ中心孔温度、12……ロータ中心孔応力、13……ロー
タ表面応力、14……残留応力、15……降伏点、16……第
1段後蒸気圧力検出器、17……温度変化演算器、18……
熱応力演算器、19……回転数測定器、20……ロータ遠心
応力演算器、21……合成応力演算器、22……蒸気温度選
定器、23……クリープ損耗演算器、24……ロータ応力判
定器、25……継続運転可信号発信器、26……弁調節器、
27……弁開閉器、28……第1段後温度検出器、29……混
圧部圧力検出器、30……混圧部温度検出器、31……温度
変化演算器、32……高圧蒸気止弁、33……高圧蒸気加減
弁、34……高圧蒸気止弁と高圧蒸気加減弁との間の点、
35……低圧蒸気止弁、36……低圧蒸気加減弁、37……低
圧蒸気止弁と低圧蒸気加減弁との間の点、38……接続配
管、39……蒸気制御弁、40……蒸気制御弁、41……接続
配管、42……抽気止弁、44……抽気制御弁、45……弁開
閉器、46……弁開閉器、47……選択器、48……蒸気制御
弁。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高圧蒸気の流量を制御する高圧蒸気止弁32
    を有する高圧蒸気系統6と、低圧蒸気の流量を制御する
    低圧蒸気止弁35を有する低圧蒸気系統4とを備え、これ
    らの蒸気系統から供給される蒸気により駆動される混圧
    タービンの起動制御装置において、 前記高圧蒸気系統6と前記低圧蒸気系統4とを連結して
    蒸気を流通する接続配管38と、該接続配管を流通する蒸
    気の流量を制御する蒸気制御弁39と、前記高圧蒸気止弁
    32と前記低圧蒸気止弁35と前記蒸気制御弁39の各々の弁
    の開度量を制御する弁開閉器27とを設けると共に、 前記混圧タービンの混圧部と第1段部との蒸気温度及び
    蒸気圧力から前記混圧タービンのロータ部に発生する熱
    応力を演算する熱応力演算器18とを設け、 前記熱応力演算器18の出力信号に基づいて求められた前
    記ロータ部に発生する応力が、前記混圧タービンの暖機
    起動時に所定値を超えたときには、前記高圧蒸気が前記
    低圧蒸気系統4に流入されるように、前記低圧蒸気止弁
    35を閉じ、前記蒸気制御弁39を開くような制御信号を前
    記弁開閉器27に印加し、 かつ前記ロータ部に発生する応力が、前記混圧タービン
    の冷機起動時に所定値を超えたときには、前記低圧蒸気
    が前記高圧蒸気系統に流入されるように、前記高圧蒸気
    止弁32を閉じ、前記蒸気制御弁39を開くような制御信号
    を前記弁開閉器27に印加する弁調整器26を設けたことを
    特徴とする混圧タービンの起動制御装置。
JP60034378A 1985-02-25 1985-02-25 混圧タービンの起動制御装置 Expired - Lifetime JPH0742843B2 (ja)

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JPS61197703A JPS61197703A (ja) 1986-09-02
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US8505299B2 (en) * 2010-07-14 2013-08-13 General Electric Company Steam turbine flow adjustment system
US8776523B2 (en) * 2010-12-01 2014-07-15 General Electric Company Steam-driven power plant

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5847105A (ja) * 1981-09-11 1983-03-18 Toshiba Corp コンバインドプラントの起動装置

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