JPH0811923B2 - 蒸気タービン発電プラントの運転効率改善方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、
Ｐ_icは定絞り圧での衝動室圧力、Ｐ_is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。

【００２２】

【数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。

【００２４】

【数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。

【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。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表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。

【００３０】これ等の３つの場合、△Ｐ_ic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。

【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。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表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。

【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Ｔ_ic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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。