JPH0771206A - 蒸気タービン・システムにおける弁の性能を評価する診断システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、蒸気タービンにおける蒸気弁の作
用状態を周期的に評価する自動診断システムに関する。 【構成】 このシスムは、逆止弁を支持示するシャフト
と連動して該シャフトの回転位置を表わす第１信号を出
力する第１センサーと、隔離弁と連動してその所期の状
態を表わす第２信号を出力する第２センサーを含む。第
１及び第２信号をコンピューターが受信し、該コンピュ
ーターは第２信号の受信と同時にシャフト回転位置の変
化率を算定するタイミング手段を含む。コンピューター
は、シャフト位置を第２信号の状態に相当する所定のシ
ャフト位置と比較すると共に、変化率を比較することに
よって逆止弁の特性に応じた変動を識別する手段を含
む。逆止弁の作用状態を示す状態リポートがコンピュー
ターによって提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、蒸気タービン、特に、蒸気タービン・システ
ムにおける蒸気弁の作用状態を周期的に評価する自動診
断システムに係わる。

【０００１】商業用発電所に使用されるような蒸気ター
ビン・システムは稼動中に性能が劣化する固設および可
動部品を具えた多数の重要な逆止（ＮＲ）弁を内臓して
いる。これらの部品はそれぞれの作用状態を評価するた
め周期的な検査を必要とする。従来、必要とされる検査
の多くで弁を分解しなければならず、タービン・システ
ムをオフ・ライン状態にして検査をする必要があった。
たとえ数時間でもタービンを停止させることによって生
ずる収入損を回避するため、多数の重要な弁の作用状態
を評価するのに、限られたオン・ライン試験を行うのが
普通である。しかし、このような限定的オンライン試験
は多大の時間と労力を要するプロセスである。即ち、コ
ントロール・ルームのオペレーターがタービンの運転パ
ラメーターおよび機器を調節することによって弁の作用
を観察し、個々の弁が設置された現場での試験を行うの
と並行して、別の要員がコントロール・ルームとその現
場の試験作業を整合させ、さらに、データを直ちに翻訳
しなければならない。また、オンライン試験では要員が
高温、高エネルギーの蒸気の近くに身を置いて作業する
必要がある。このように１個の弁を試験するごとに多数
の発電所要員が参加しなければならない手作業であるか
ら、発電所全体に存在する多数の蒸気弁を試験するには
定期的な点検と共にこれに劣らぬその他の保守作業が必
要であり、その結果、重要な弁の試験は先送りされがち
であり、正しい弁の作用を確保するのに必要な頻度では
試験が行われない。さらにまた、オンライン試験は必ず
しも欠陥の発見につながらず、重大なタービン損傷を招
くまで弁の故障が検出されないおそれがある。

【０００２】容易に検出できない欠陥を生じ易い重要な
弁の一例として大型蒸気タービン・システムの抽気管に
おける逆流を防止するために設置される逆止弁がある。
抽気管は復水器とボイラーの間を流れるタービン給水を
再加熱するため蒸気タービンの中間翼配列段から高エネ
ルギー蒸気を抽出する。抽出された高温蒸気は通常、給
水加熱器管の内側に位置する復水器からの比較的低温の
水に熱を伝達した後、給水加熱器タンク内で復水する。
このプロセスはボイラーの熱応力を低下させると共に、
ボイラーと、再加熱のため復水器からボイラーへ循環さ
れる給水との間の温度差を縮めることによって蒸気サイ
クルの効率を高め、ボイラーの熱応力を軽減する結果と
もなる。発電所に電気的負荷の低下が起こると、即ち、
線路故障による大きい電力損、またはタービンをオフラ
イン状態にしなければならない計画的な運転停止時に見
られるような小さい電力損が起こると、給水加熱器また
は空気分離加熱器の殻構造側の、またはタービンの抽気
管内の凝縮水に減圧効果が作用して蒸発が起こり、抽気
管を通ってタービンにむかって湿った蒸気が逆流する可
能性がある。オフライン状態のタービンには負荷が作用
しないから、この逆流の結果として、水または低温蒸気
がタービン構造に侵入するだけでなく過速度状態とな
り、羽根やシールの損傷、ボルトの損傷、ケーシングの
変形、推力のインバランス、軸受の損傷などを招き易
く、蒸気管系のその他の部品をも損傷する恐れがある。
この逆流を防止するため、抽気管内に速動逆止弁を配設
する。この逆止弁は使用を重ねるうちに劣化するから、
運転停止、特に緊急停止時の誤動作を回避するため定期
的に検査しなければならない。逆止弁の欠陥は分解しな
い限り検出し難く、限られた数のオンライン試験で弁部
品が正常なことを確認できるに過ぎない。逆止弁の正し
い作用を確保するのに必要な試験と点検は手作業による
試験方法の性質上、また試験に劣らず手間のかかる保守
作業に鑑み先送りされることが多い。その結果、抽気管
を通る蒸気および給水の逆流によるタービンの損傷がし
ばしば発生している。従って、蒸気タービン・システム
における多数の重要な弁の作用状態を定期的にまたは常
時モニターする自動診断システムの実現が望まれる。

【０００３】本発明の目的は、高温、高圧容器内におけ
る重要な弁の部品の変位量などを含む、センサーを用い
てかかる弁部品の性能をモニターする診断システムおよ
び診断方法を提供することにある。

【０００４】この目的を達成するため、本発明は蒸気タ
ービンの抽気管内に設置され、タービンと給水加熱器の
間で蒸気流路で分離弁と直列に接続され、選択的に逆流
を阻止するためシャフトに枢動自在に取り付けたフラッ
パー、フラッパーの重量と釣り合わせるためシャフトと
に取り付けた釣り合いおもり、およびフラッパーを閉鎖
方向へ始動させるためシャフトの回転を起動するように
シャフトに結合した駆動用サーボモーターを含む逆止弁
の作用を評価する診断システムであって、フラッパーを
支持するシャフトと結合してシャフトの回転位置を表わ
す第１信号を出力する第１センサー手段と；分離弁の所
期の状態を感知して分離弁の所期の状態を表わす第２信
号を出力する第２センサー手段と；前記第１および第２
信号を受信するコンピューター手段からなり、前記コン
ピューター手段が前記第２信号を受信すると前記シャフ
トの角度位置変化率を算定するタイミング手段を含むと
共に、前記シャフトの位置を前記第２信号の状態に相当
する所定のシャフト位置と比較する一方、前記変化率を
比較することにより前記逆止弁の特性に応じて変動を識
別する手段をも含み、前記コンピューター手段が前記逆
止弁の作用状態を示す状態リポート提供することを特徴
とする診断システムを提案する。

【０００５】本発明の内容をさらに明らかにするため、
添付図面に沿って本発明の好ましい実施例を以下に説明
する。

【０００６】本発明は種々の弁に利用でき、種々の流体
が流れる配管系に有用であるが、ここでは特に蒸気ター
ビン・システムにおける逆止弁の運転パラメーターをモ
ニターする場合に関連して説明する。図１および図２に
は、蒸気タービン抽気管における逆流を阻止するために
使用される動力駆動逆止弁１０を示した。図１は弁を通
過する蒸気の流れ方向に沿って切断して示す逆止弁の断
面図であり、図２は蒸気の流れ方向と直交する方向に切
断して図１の弁を示す断面図である。弁１０は抽気管１
６の第１セグメント１６Ａから蒸気を受ける入口１４お
よび抽気管１６の第２セグメント１６Ｂを介して蒸気を
送出する出口１８を有する弁筺体１２を含む。弁入口１
４に近い弁筺体部分の周りに円周方向に弁座２０が配置
され、弁の点検、修理に際して取り外し自在なカバープ
レート２２が弁筺体１２の上部にボルト止めされてい
る。（フラッパーまたはクラッパーと呼称されることも
ある）弁頭２４が、弁棒またはシャフト２６に枢動自在
に連結されている。このように弁頭を枢動自在に連結す
るため、弁アーム３４の第１端３６をねじ付きファスナ
ー３８でフラッパー２４に固定する一方、弁アーム３４
の第２端４０をシャフト２６に固定することにより、シ
ャフト２６がフラッパー２４の開閉と同期して回転でき
るようにする。シャフト２６は軸受４４内で回転し、軸
受４４は弁１０に対してシャフトを支持する。軸受４４
は軸受支持部材４７で保持され、シール５１が蒸気漏れ
を防止する。

【０００７】正常な動作中には、気体または液体の圧力
下に動作するサーボモーター４６がアクチュエーター・
ピストン４８およびロッド４９を伸張位置に維持し、流
体圧がシャフト２６を枢動してフラッパー２４に当接さ
せることによりフラッパー２４を図１に鎖線で示す開放
位置５０へ移動させ得るようにする。タービン・コント
ロール・ルームからのタービン停止に伴なう引き外し信
号を受信すると、ソレノイド作動放出弁５２がサーボモ
ーター４６内の（またはサーボモーター４６への流体供
給管内の）流体圧を解放し、ばね５４がアクチュエータ
ー・ピストン４８を引っ込めてシャフト２６の回転を開
始させ、結合アーム３４がフラッパー２４を少なくとも
部分的に閉鎖位置へむかって移動させることにより、蒸
気の逆流に伴なう流体圧をフラッパー２４に作用させ
る。この逆流がフラッパー２４を完全閉鎖位置５６へ枢
動させて弁座２０に当接させる。

【０００８】本発明の診断システムでは、弁の故障を招
く幾つかの弁劣化態様に関して上記逆流弁１０をオンラ
インのままでモニターすることができる。上記劣化態様
としては次のような状態がある：１）フラッパー２４の
反りまたはその他の歪みに起因するフラッパー２４の不
適性な着座状態；２）フラッパー２４を弁アーム３４に
固定する締め具が緩んだり破損することにより、フラッ
パー２４が弁座２０と不整列になったり、弁アーム３４
から完全に脱落したりする状態；３）弁アーム３４また
は弁アーム３４と弁棒２６との間の連結部が破損したり
恒久的に変形したりする状態；４）弁棒／軸受間の界面
が腐食または破損し、開放位置５０から完全閉鎖位置５
６へのフラッパー２４の適時の確実な回転を妨げるよう
な摩擦が発生する状態；５）弁棒２６とアクリュエータ
ー・ピストン４８との間のリンケージ５７が破損または
恒久的に変形することで適時の確実なフラッパー回転が
妨げられたり、初期回転駆動が得られなくなる状態；
６）釣り合いおもり５９が止めねじ５９Ａにより弁リン
ケージ５７の誤った位置に可動的に取り付けられている
ため、動作中のフラッパーの位置に狂いが生じたり、閉
成動作が不適正になったりする状態である。

【０００９】図３には本発明の一実施態様として、一連
の弁６２の作用を試験し評価する診断システム６０を略
示した。それぞれの弁６２に複数のセンサー６４を取り
付けてあり、弁機能に関連の動作パラメーターを測定す
るため各センサーを弁部品と結合させる。センサー信号
はデータ・ハイウェイ６７を介して弁モニター・コンピ
ューター６６へ直接伝送され、各センサーからの信号は
弁別のためのアドレス・ラベルを持っている。コンピュ
ーター６６はまた、発電所のコンピューターおよび弁６
２のコントローラーからなるタービン制御システム６８
と相互作用することにより、システム変数、例えば、出
力やタービン速度をモニターして診断試験中の制御弁ア
クチュエーターの動作を確認する。弁６２に結合された
個々のセンサーからの信号は、弁６２の動作状態を全面
的に診断するには必ずしも十分ではないが、これらの信
号と他のタービン動作信号の組み合わせをコンピュータ
ー・ロジックによって相関させれば、すべてのタービン
動作モードについて弁の動作状態をモニターし、診断す
ることができる。

【００１０】一連の弁６２に対する診断試験シーケンス
は、経時的にプログラムに基づいて、またはタービン動
作、即ち、非試験稼動と関連する最新の弁作動中に弁セ
ンサー６４によって出力されるデータに基づいて、開始
することができる。試験シーケンスは、オペレーターが
スイッチを閉じることによって開始することもできる。
あるいは、オペレーターが制御キーボード６９を介して
診断システム６０に入力することにより、特定の弁に対
して特定の試験を行うことも可能である。システム６０
は、それぞれのタービン動作モードについて弁の応答を
検討しながらセンサー・データをモニターすることによ
り弁の性能を評価する。随時行われるタービン・システ
ムの試験において弁を人工的に作用させることのできる
範囲は、タービンの動作モードによって制限される可能
性がある。例えば、多数の弁を有するタービンにおける
制御弁の性能は、低レベルのタービン負荷動作中に個々
の制御弁を同時開閉することで評価できるに過ぎない。
タービン負荷動作が低レベルでなければ、評価がタービ
ン出力を著しく変えることになりかねない。

【００１１】蒸気タービン・システムの抽気管１６に配
設された図１および図２の逆止弁１０については、診断
システム６０によって弁の性能を評価できる動作モード
は以下に述べる通りである：１）タービンが隔離弁９４
（図６参照）が開放されて蒸気の流動が始まる下限レベ
ルに達するまで逆止弁を内蔵する管１６が隔離弁によっ
て隔離されるタービン始動モード；２）給水を再加熱す
るため逆止弁１０が蒸気流を通過させる正規動作モー
ド；３）予定の停止期間中タービンが低負荷レベルから
引きはずされ、中レベルの蒸気の逆流を防止するため弁
１０が閉じる（場合によっては、ユニット・オフライン
を引きはずす前に隔離弁が閉じる）正規停止モード；
４）タービンが高負荷レベルから引きはずされ、隔離弁
は初期逆流防止の機能を果たすため適時閉じることがで
きないから、高レベルの蒸気逆流を防止するため弁１０
が閉じる緊急モード；５）タービン負荷が著しく低下し
て逆流を惹起し、特に、例えば給水加熱器中の水位制御
システムが誤動作したために給水加熱器の水位が高くな
った場合、弁１０の閉鎖が必要となる負荷制御モード。
診断システム６０をさらに詳細に説明するため、図４
および図５に上記動作モード中の性能を評価する（セン
サー６４に対応する）複数のセンサーを設けた逆止弁１
０を示した。例えば（遠隔場所に配置しても良い）信号
調整電子回路を含む増分弁棒エンコーダーのような位置
センサー７０を弁棒２６の近くに設置すれば、回転自在
な弁棒２６の回転位置を示すデジタル情報をデータ・ハ
イウェイまたはその他の通信リンク６７を介して弁モニ
ター・コンピューター６６に伝送することができる。他
の実施態様としては、位置センサーとして弁棒２６に取
り付けたカム７４の付近に近接センサー７２を配置して
もよい。弁棒２６の回転が近接センサー７２とカム面７
４との間のギャップを変化させる。作用に要する時間に
基づいて弁の膠着状態を知ることができ、ギャップの異
常から弁の位置不適性を察知することができる。位置セ
ンサー７０または７２からの情報は弁別のため独自のア
ドレス・ラベルでコード化すればよい。弁筐１２は、弁
座２０の（正常な流動方向で）上流側および下流側にそ
れぞれ配置された第１および第２圧力モニター孔７８、
７６を含む。孔７６、７８は、差圧センサー８２を内臓
する圧力管８０を介して互いに連通する。差圧センサー
の出力もデータ・ハイウェイ６７に沿ってコンピュータ
ー６６へ伝送される前にデジタル化され、独自のアドレ
ス・ラベルを添えられる。圧力管８０に沿って第２孔７
８の付近に圧力センサー８６を配置することにより、抽
気管１６の第１セグメント１６Ａ内の圧力を示すデータ
を出力させる。電圧センサー９０は放出弁５２に送られ
る引きはずし信号をモニターし、これに基づいて放出弁
の状態を示すデータを出力する。圧力センサー８６およ
び電圧センサー９０から出力される情報もデジタル化さ
れ、独自のアドレス・ラベルと共に通信リンク６７に沿
って伝送される。

【００１２】逆止弁の評価は、信号の相関に基づいて適
性弁位置を確認すると共にセンサー信号を許容基準と比
較することによって動作特性の劣化を識別することによ
り行われる。この情報は弁の故障を予測するのに有用で
ある。例えば、弁棒／軸受界面（弁棒２６と軸受４４）
の劣化または弁棒２６／アクチュエーター・ピストン４
８間リンケージの劣化の初期段階を、放出弁５２へ引き
はずし信号が供給されてからフラッパー２４が着座する
までのタイムラグの増大をモニターすることによって識
別することができる。モニターにより得たデータに基づ
き、コントロール・ルーム表示パネルが測定された弁の
性能に関する情報を表示する。このシステム６０はま
た、測定データの傾向およびセンサー出力信号の相関に
基づいて将来の弁性能および予想される故障を予測す
る。

【００１３】本発明の診断システムをさらに詳細に説明
する前に、蒸気タービン・システム９２における逆止弁
の位置を略示する図６を参照されたい。弁１０は隔離弁
９４と給水加熱器９６の間に配置される。隔離弁９４お
よび逆止弁１０は蒸気タービン９９を給水加熱器９６と
接続する抽気管９８に位置している。タービンの通常動
作時、隔離弁９４および逆止弁１０は全開状態にあって
給水加熱器９６への抽出蒸気の流入を可能にする。隔離
弁９４は多くの場合電動弁であり、高速閉鎖は不可能で
ある。逆止弁１０は速動弁であり、上述のような誤動作
に際してタービン９９を保護する。

【００１４】図６は、種々のセンサー信号および制御信
号を送受する発電所コンピューター６８およびモニター
・コンピューター６６をも示す。センサー信号は上述し
た情報のほかに、蒸気抽出管９８および給水加熱器９６
からの温度および圧力情報と共にタービン９９の特定域
または特定部分からの温度および圧力情報をも含むのが
普通である。ブロック９１、９３、９５はこのような情
報のためのセンサーである。これらのセンサーはこの種
のタービン・システムに共通であり、公知であるから詳
細な説明は不要であろう。

【００１５】図７および図８は、弁モニター・コンピュ
ーター６６が、例えば逆止弁１０のような弁のモニタリ
ングを行うにあたり実行されるモニタリングおよび評価
作用を示す故障ツリー・チャートである。先ず図７にお
いて、ブロック１００は最終結論、即ち、弁１０が蒸気
逆流を阻止すべき時に阻止できなかった、または順方向
流を阻止してはならないときに阻止したことを表わす。
その他の機能ブロックは潜在的故障の原因の判定に関連
する。ブロック１０２、１０４は弁の２通りの誤動作状
態を区別する。即ち、弁１０が開放状態にあるべきか閉
鎖状態にあるべきかを区別する。ブロック１００からの
ライン中の論理ＯＲ記号は、このブロックへのパスのい
ずれかが誤動作の原因となり得ることを示す。ライン中
の論理ＡＮＤ記号は、並行の試験、動作または状態を示
す。タービン蒸気圧が給水加熱器圧力よりもはるかに高
くなり、隔離弁が開放状態にあると、逆止弁が開放して
順方向の蒸気流動を許容しなければならない。隔離弁が
閉じるか、タービン圧が給水加熱器圧に等しいかまたは
これよりも低ければ、逆止弁を閉鎖しなければならな
い。後者の場合、蒸気の逆流が阻止される。この２つの
状態に関する情報は隔離弁９４の状態から評価すること
ができ、もっと正確には、逆止弁を開閉させるに十分な
蒸気流量を示唆する信号が弁９４へ伝送されることで評
価することができる。（図示しないが）リミットスイッ
チを弁９４と連動させて弁状態をモニターすることもで
きる。或いはまた、システム制御コンピューター６８に
センサー６５を接続することによって、弁９４の制御信
号をモニターしても良い。いずれの場合にも、センサー
信号は弁９４の所期の状態を示す。もし弁９４と連携す
るセンサーが弁を閉鎖すべきであることを示唆するな
ら、弁１０の誤動作はブロック１０２で示すように逆流
状態に関連があるということになる。もし弁９４を開放
すべきであると示唆されれば、弁１０の誤動作はブロッ
ク１０４で示すように順方向流れに関連することにな
る。

【００１６】まず順方向流動状態については、少なくと
も２通りの誤動作状態がある。即ち、弁１０が開放して
いないか（部分的または完全に閉じている）（ブロック
１０６）、またはフラッパー２４が振動するか（ブロッ
ク１０８）のいずれかである。いずれの状態も、例えば
増分エンコーダーまたはカム近接センサー７２を利用し
て回転位置センサー７０により検出することができる。
ブロック１１０、１１２は釣り合いおもり５９の位置ず
れが逆止弁誤動作を惹起する可能性があることを示唆す
る。このような検出が行われると、オペレーターを送っ
て釣り合いおもりを手動調整しなければならない。（図
１に示すように、釣り合いおもり５９はフラッパー２４
の重量と釣り合うように弁棒２６に取り付けられ、弁１
０を通過する蒸気流によって容易に移動させられる。）
弁モニター・コンピューター６６は、隔離弁９４の所期
の状態、弁アーム２６の回転位置、およびタービン９９
の負荷レベルを示す信号をモニターすることによって弁
１０の状態を速やかに評価することができる。 逆流誤
動作は、さらに多様な問題と関連すると考えられる。逆
止弁の役割は、隔離弁の閉鎖および／または加熱器から
の排水が行われている数分間以下の過渡時に逆流を防止
することにある。ブロック１１４、１１６、１１８、１
２０は、起こり得る誤動作を表わす。誤閉鎖（ブロック
１１４）は、駆動サーボモータ５２の誤動作（ブロック
１１２）によって惹起される可能性がある。不確実閉鎖
動作 (erratic closing)とは、弁１０が間歇的、即ち、
時として反復可能に動作しない状態である。モニター６
６は閉じるべき時の弁１０の誤動作（ブロック１０
２）、位置センサー７０からの弁１０の実状態（ブロッ
ク１１４）及びセンサー９０からサーボモータが正しく
動作しているかどうか（ブロック１２２）を検出するこ
とができる。もしセンサー９０が誤動作を示唆しなけれ
ば、その原因として弁棒２６に取り付けられた釣り合い
おもり５９の誤調整（ブロック１２４）または弁棒摩擦
が高過ぎる（ブロック１２６）ことが考えられる。円内
の単一文字記号、例えば、“Ｂ”は、他の場所における
文字“Ｂ”から下の状態をこの場所の試験に適用される
ことを示す論理表示子である。従って、ブロック１２
４、１２６は不確実閉鎖動作に適用される状態を示す。
ブロック１２０の下の記号“Ａ”は同様に、図８に示す
状態が試験に適用されることを示す。なお、ブロック１
２４、１２６は、弁１０がゆっくり閉じている場合（ブ
ロック１１６）に起こり得る故障モードをも示す。ゆっ
くりした閉鎖は、モニター・コンピューター６６におい
てセンサー７０から得られるデータに基づき弁棒２６の
閉鎖時間を計測することで容易に検出できる。

【００１７】弁１０の漏れ（ブロック１１８）は、差圧
センサー８２によって検出できる。このモードは、弁が
閉鎖状態にあることを前提とする。漏れの原因として
は、フラッパー２４の反り、ファスナー３８の異常、弁
座２０の破損、及びフラッパーまたはアーム３４のゆが
みの４つが考えられ、ブロック１２８、１２９、１３
０、１３２によってそれぞれ示した。 蒸気の流れを妨
げる総合的な故障（ブロック１２０）は、弁棒位置セン
サー７０及び／または差圧センサー８２によって検出で
きる。図８はこのような状態を招くと考えられる故障モ
ードを示す。もし弁棒２６が凍結すると（ブロック１３
４）、弁棒位置センサー７０は静止状態にあることを示
す。もしフラッパー２４が弁棒２６から分離している
（ブロック１３６）と、センサー７０は弁棒の運動を示
唆するが、差圧センサー８２は圧力変化のないことを示
唆する。同様に、もし弁棒２６とフラッパー・アーム３
４の間の連結部が剪断されている（ブロック１３８）
と、位置センサー７０は弁棒の回転を示唆するが、差圧
センサー８２は変化を示さない。弁棒２６が折れた場合
（ブロック１４０）、差圧に変化が起こらず、弁棒２６
の運動も認められないことで検出される。フラッパー・
アーム３４の折損は弁棒２６の運動が示唆され、しかも
差圧に変化がないことで検出される。弁棒２６における
釣り合いおもりが位置ずれしている、または駆動サーボ
モーター５２が作用しないという２つの外部的故障状態
は、ブロック１４４、１４６によって示唆される。この
２通りの状態は弁開放故障との関連で上述したが、弁閉
鎖について同様である。

【００１８】本発明の診断システムは、タービンが動作
したままのモニター・モード、またはタービンがオンラ
インまたはオフラインの状態にある試験モードで利用で
きる。図９において、ブロック１５０は弁モニター・モ
ードを表わす。システムは受動的にモニターするか（ブ
ロック１５２）、または能動的に試験する（ブロック１
５４）ことができる。

【００１９】ブロック１５４に示す診断システムの中央
試験モードでは、何よりも先ず蒸気タービンまたは発電
所パラメーターを検討することによって、試験を実施し
てもよいことを確認しなければならない（ブロック１５
６）。試験の実施が可能なら、自動試験モード（ブロッ
ク１５８）または選択試験モード（ブロック１６０）で
試験を行うことができる。選択試験モードと自動試験モ
ードの違いは、選択試験モードではシステム・オペレー
ターが試験すべき特定の弁を選択するのに対して、自動
試験モードでは所定の弁グループを順次対象として試験
を行う（ブロック１５９）ようにシステムがプログラム
されている。自動試験モードは実行し易く、選択試験モ
ードの繰り返しに過ぎないから、以下の説明は選択試験
モードで行われる試験に関する説明である。自動試験も
選択試験も図１０に記号“Ｋ”で示す試験を利用する。

【００２０】図１０に示すように、逆止弁の試験は、タ
ービンがオンライン状態のまま、且つ稼働状態の蒸気抽
出を維持したままの全面試験の形で（ブロック１６
２）、またはその他の状態での部分試験の形で（ブロッ
ク１６４）行うことができる。稼働状態のオンライン試
験において、システムは隔離弁９４が開放状態にあり
（ブロック１６６）、給水加熱器９６が作動中であり
（ブロック１６８）、放出弁が作動して逆止弁の全開を
可能にする（ブロック１７０）ことをまず確認しなけれ
ばならない。逆止弁を試験するためには、隔離弁９４を
開放状態に保持し、サーボモーターに信号を送って短時
間に亘って逆止弁サーボモーター放出弁を開放し、再び
閉鎖する（ブロック１７２）。隔離弁９４は未だ開放状
態にあって多量の蒸気を通過させるから、逆止弁１０は
開放状態から部分閉鎖状態に移行し、再び開放し、図７
及び図８に関連して上述した誤動作は全て上述の試験シ
ーケンスによって検出できる。逆止弁１０の動作をモニ
ターすることによって得られたデータを統計的に分析す
るため記憶させ得ることが好ましい。例えば、隔離弁を
開放した状態で行われる逆止弁引き外し試験は、逆止弁
１０を所定の回数、例えば５回に亘って操作し、この５
つのサンプルに基づき逆止弁１０の動作にばらつきがな
いかどうかを統計的に評価するように構成すればよい。
なお、以上に述べたシステムは逆止弁の故障を指示でき
るだけでなく、センサー７０によって弁の応答時間を測
定して故障モードを予想することができる。弁の試験に
関するデータを全て記憶させ、次の試験で得られるデー
タと比較することにより、データの変化に基づいて弁の
劣化を検出することができる。逆止弁１０の応答時間は
抽気管内の蒸気の温度及び圧力に左右され、逆止弁応答
時間の計測値はこのような温度及び圧力の関数として正
規化されることになる。温度及び圧力に関する情報を出
力するセンサーは公知であり、本発明を利用できる蒸気
タービン・システムに共通の要素である。

【００２１】ブロック１６４で示す部分試験について
は、抽気が行われないことだけが全面オンライン試験と
の相違点である。部分試験の場合にも、同じ方法で逆止
弁を操作し、全面試験を利用して逆止弁の状態をチェッ
クすることができる。しかし、抽出蒸気が抽気管９８内
を流れていなければ、弁を持ち上げる蒸気流は存在しな
いから、駆動サーバモーター５２が作動しても逆止弁１
０の正規状態は閉鎖位置のままとなる。記号“Ｌ”で示
す試験を実施しながら逆止弁サーボモーターを作動させ
て連携の放出弁を短時間に亘って引きはずせる（ブロッ
ク１７３）ことが好ましい。

【００２２】再び図９において、タービン・システムが
オンライン状態にある（ブロック１７４）、タービン・
システムがオンライン状態にある（ブロック１７６）、
タービン・システムがタービン引き外し段階にある（ブ
ロック１７８）及び抽気管内に局部的な逆流が存在する
（ブロック１８０）場合に、モニター及び診断モードを
利用できる。診断モードでは、弁の状態、即ち、隔離弁
９４及び逆止弁１０の状態を周期的にサンプリングさ
れ、サンプルの日時を各サンプルと関連させる。各サン
プル値を所定の許容基準と比較することにより逆止弁１
０の健全性を評価する。選択試験モードに関連して上述
したように、周期的なサンプリングで収集されたデータ
を利用することにより逆止弁の経時的な傾向、平均及び
変化を計算することができる。逆止弁に関するデータを
修正または正規化するためには、抽気管９８内の蒸気の
温度及び圧力をもモニターすればよい。図７及び図８に
関連して上述したように、モニター及び診断モードにお
いて誤動作を検出できる。

【００２３】タービン・システム・オンライン・モード
では、ブロック１８２で示すように抽気管９８内に稼働
レベルの抽気が存在するか、またはブロック１８４で示
すように抽気が遮断されているかのいずれかである。い
ずれの場合にも、隔離弁の状態及び逆止弁の状態が周期
的にサンプリングされ、対応の日時と関連づけられる
（ブロック１８６）。サンプル値を例えば計算された変
数のような許容基準と比較することによって、逆止弁が
正しく作用しているかどうか（ブロック１８８、１９
０）を判断することができる。傾向を判断する（ブロッ
ク１９０）ことによって起こり得る故障を予想し、故障
が発生する前に修理または交換を行うことができる。他
のサンプルの場合と同様に、弁を通過する蒸気の温度及
び圧力をもサンプリングし、利用することにより、弁に
関する計測値を正規化することができる。もし抽気管が
遮断されているなら、ブロック１６４に関連して上述し
たのと同じ論理が適用される。

【００２４】プロック１７４で示すオンライン試験は、
本質的にはブロック１８４で示す抽気管遮断試験と同じ
である。

【００２５】ブロック１７８に示すシステム引きはずし
は、稼働状態における弁閉鎖時間を計算することが可能
になる。さもなければ、センサーをモニターすることに
よって他の試験条件かに得られるのと同様の基本的情報
が得られる。

【００２６】局部的な逆流下で行われる試験（ブロック
１８０）は、本質的にはシステム引き外し下の試験（ブ
ロック１７８）と同じである。しかし、他の逆止弁の作
用との比較が可能になる。ブロック１８０に示す診断
は、図７及び図８に関連して上述したのと同じプロセス
を辿ればよい。

【００２７】本発明の原理を図示の実施例に関して説明
したが、頭書した特許請求の範囲に記述した思想及び範
囲を逸脱することなく特定の作用条件に好適な実施態様
を開発するため、図示実施例の構造、配置及び部品に種
々の変更を加えることは同業者にとって明白であろう。
例えば、弁座からの蒸気漏れのような隔離弁における特
定の誤動作は逆止弁の異常な挙動によって検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は、弁を通過する蒸気の流れ方向に沿っ
て切断して示す逆止弁の断面図である。

【図２】第２図は、蒸気の流れ方向と直交する方向に切
断して示す第１図の弁の断面図である。

【図３】第３図は、本発明の利用できる弁モニター・シ
ステムの作用図である。

【図４】第４図は、状態センサーを組み込まれた逆止弁
の断面図である。

【図５】第５図は、第４図の弁を第４図と直交する方向
に切断して示す断面図である。

【図６】第６図は、蒸気タービン抽気系における逆止弁
及び隔離弁の簡略図である。

【図７】第７図は、本発明のモニター及び診断システム
の論理図である。

【図８】第８図は、本発明のモニター及び診断システム
の論理図である。

【図９】第９図は、第７、８図に示した作用及び診断論
理の論理チャートである。

【図１０】第１０図は、第７、８図のシステムを組み込
まれた選択的試験プロシージアの論理チャートである。

フロントページの続き (72)発明者 デビッド ブルース バーロング アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 オビ エド マイケル ドライブ 208

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気タービンの抽気管内に設置され、タ
   ービンと給水加熱器の間において蒸気流路で隔離弁と直
   列に接続され、選択的に逆流を阻止するためシャフトに
   枢動自在に取り付けたフラッパー、フラッパーの重量と
   釣り合わせるためシャフトに取り付けた釣り合いおも
   り、およびフラッパーを閉鎖方向へ始動させるためシャ
   フトの回転を起動するようにシャフトに結合した駆動用
   サーボモーターを含む逆止弁の作用を評価する診断シス
   テムであって、フラッパーを支持するシャフトと結合し
   てシャフトの回転位置を表わす第１信号を出力する第１
   センサー手段と；隔離弁の所期の状態を感知して隔離弁
   の所期の状態を表わす第２信号を出力する第２センサー
   手段と；前記第１および第２信号を受信するコンピュー
   ター手段とから成り、前記コンピューター手段が前記第
   ２信号を受信すると前記シャフトの角度位置変化率を算
   定するタイミング手段を含むと共に、前記シャフトの位
   置を前記第２信号の状態に相当する所定のシャフト位置
   と比較する一方、前記変化率を比較して前記逆止弁の特
   性に応じて変動を識別する手段をも含み、前記コンピュ
   ーター手段が前記逆止弁の作用状態を示す状態リポート
   を提供することを特徴とする診断システム。
2. 【請求項２】 前記逆止弁の入口と出口の圧力差を表わ
   す第３信号を出力する第３センサーが前記逆止弁と結合
   し、前記第３信号に基づいて前記コンピューター手段が
   フラッパーの位置を指示し；前記コンピューター手段が
   前記第３信号を所定の圧力信号と比較することにより、
   前記第２信号によって与えられる隔離弁の所期の状態と
   の比較においてフラッパーの状態を検出し、もし前記隔
   離弁の前記所期の状態が前記逆止弁の前記状態と一致し
   なければ前記コンピューター手段が前記逆止弁の誤動作
   を指示することを特徴とする請求項１に記載のシステ
   ム。
3. 【請求項３】 前記逆止弁を始動させるため駆動サーボ
   モーターに供給される電力を表わす第４信号を出力する
   第４センサー手段が前記サーボモーターと結合し；前記
   コンピューター手段が前記第４信号を受信し、前記第４
   信号を少なくとも前記第１信号と比較することにより、
   サーボモーターの作動に応答する弁シャフトの回転量を
   検出し、前記第１信号が前記第４信号に応答するシャフ
   トの回転量を示さなければ前記コンピューター手段が誤
   動作を指示することを特徴とする請求項２に記載のシス
   テム。
4. 【請求項４】 周期的に隔離弁を作動させて開放状態か
   ら閉鎖状態へ、さらに再び開放状態へのサイクルリング
   動作をさせる手段を設けたことと；前記コンピューター
   手段が前記第１、第２および第３センサーのそれぞれを
   モニターすることにより、隔離弁のサイクリング動作に
   伴なう逆止弁の応答を検出し、前記コンピューター手段
   が逆止弁の応答変動によって故障傾向を見極めるのに十
   分な逆止弁の作用記録を蓄積することを特徴とする請求
   項２に記載のシステム。
5. 【請求項５】 タービン抽気管内の蒸気の温度および圧
   力を表わす信号を出力する手段を設けたことと；前記コ
   ンピューター手段が蒸気の温度および圧力に応じたシャ
   フトの回転速度を正規化することを特徴とする請求項４
   に記載のシステム。
6. 【請求項６】 少なくとも１個の蒸気弁が配設されてい
   る蒸気タービン・システムの蒸気流路における前記蒸気
   弁の作用を評価する方法であって、弁の実際の状態を所
   期の状態と比較し；差が検出されたら、所期の弁状態と
   実際の弁状態との間に蒸気流の状態に起因しない差であ
   ればそのつど誤動作信号を出力することを特徴とする方
   法。
7. 【請求項７】 弁が回転自在なシャフトに連結されたフ
   ラッパーを含み、弁をサイクリング動作させる信号を発
   生させ；フラッパー・シャフトの回転位置を検出し；フ
   ラッパーがその最終位置まで移動する間のシャフトの位
   置変化率を計測し、これを所定の変化率と比較し；所定
   の変化率に対する変化率の偏差が所定幅よりも大きいと
   誤動作信号を発生させることを特徴とする請求項６に記
   載の方法。
8. 【請求項８】 前記弁の状態を弁の入口と出口との間の
   差圧から検出することを特徴とする請求項６に記載の方
   法。
9. 【請求項９】 蒸気流路中に動力駆動弁と直列に弁を配
   設し、動力駆動弁の作用状態を感知してこれを少なくと
   も１個の弁の作用状態と比較することを特徴とする請求
   項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 動力駆動弁を周期的に駆動することに
    より現在の状態から他の状態へ、さらに再び現在の状態
    へサイクリング動作させ；駆動およびサイクリング動作
    中の弁のシャフト回転位置を感知し；感知された回転位
    置を動力駆動弁の状態に対応する所定の回転位置と比較
    し；感知回転位置が所定回転位置からずれている場合に
    誤動作信号を発生させることを特徴とする請求項９に記
    載の方法。
11. 【請求項１１】 感知回転位置と所定回転位置との比較
    結果のそれぞれをアドレス可能なメモリーに記憶させ；
    記憶された結果を相関させることによって弁の作用傾向
    を分析することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 蒸気流路中の蒸気の温度および圧力を
    サンプリングし、記憶されている弁の各周期サイクリン
    グ動作の結果を正規化することにより温度および圧力の
    変化を補正することを特徴とする請求項１１に記載の方
    法。