JPS5812450B2 - タ−ビン保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン保護装置に係り、特に、夕一ビンバイ
パス弁を備えたタービンに用いるに好適なタービン保護
装置に関する。

タービンバイパス装置は、ボイラとタービンの相互制約
条件を解消または緩和することにより、プラント運転の
柔軟性を高める目的で設置されるもので、プラント起動
特性の向上、ボイラ負荷とタービン負荷との差の吸収、
ボイラ過熱器の安全弁の機能を果たすものである。

タービンバイパス装置は第１図に示す如く、高圧蒸気の
タービンバイパス装置として、ボイラ１より発生した蒸
気を高圧、タービン２をバイパスして流すための、主蒸
気管３と低温再熱管４を結ぶ高圧蒸気バイパスライン５
と本ラインの蒸気流量を制御する高圧バイパス弁６、蒸
気温度を制御するための減温器７とで構成されている。

また、低圧タービンバイパス装置として、ボイラ１の再
熱器を通過した蒸気を中圧／低圧タービン８をバイパス
して復水器９ヘダンプするための、高温再熱管１０と復
水器９を結ぶ低圧蒸気バイパスライン１１と本ラインの
蒸気流量を制御する低圧バイパス弁１２、蒸気温度を制
御するための減温器１３とで構成されている。

復水器９で復水された水は復水ポンプ１４、低圧ヒータ
１５、脱気室１６、給水ポンプ１７、高圧ヒータ１８の
各々を介してボイラ１に送られ、再び高圧タービン２、
中圧／低圧タービン８を介して循環される。

発電機１００は高圧タービン２、中圧・低圧タービン８
によって駆動される。

一方、タービン静翼、動翼にかかる応力は、静翼の場合
、静翼入口圧力と出口圧力の圧力降下（差圧）によって
生じ、動翼の場合、ロータ回転によって生じる遠心力や
蒸気流れの動圧（段落熱落差）による曲げモーメントに
より生じる。

従って、静翼、動翼の双方共に、過大蒸気流量が流れた
場合、タービンの段落圧力は後続段蒸気流量に比例する
という基本原理に基づき、各段落圧力が上昇し、これに
伴い各段落差圧（静翼、動翼の入口と出口圧力差）が上
昇し、過大応力が発生する。

また、段落出口圧力が異常に低下した場合も同様に、段
落差圧が上昇するために過大応力が発生する。

以上の如く、タービン静翼、動翼の応力は、蒸気流量、
段落差圧により大きく左右される為、タービン静翼、動
翼の強度設計にあたっては、最大蒸気流量及び最大段落
差圧の把握が最も重要である。

ソノため、第１図に示す如く、タービンバイパス装置を
有する再熱式蒸気タービンにおいて、タービンバイパス
装置の重要弁である高圧バイパス弁６や低圧バイパス弁
１２は、主として、プラント起動時及び所内単独負荷運
転時に使用され、通常運転中はボイラ過熱器の蒸気圧力
が異常に上昇した場合以外は、全閉している弁であるが
、プラント起動時及びボイラ過熱器の蒸気圧力が異常高
になり、本弁が動作不良により開作動しなかったり、ま
た通常運転中全閉すべきなのに開方向に移行した場合、
タービン入口蒸気量が異常に増大し各段落圧力が異常に
上昇したり、タービン排圧が異常に低下し段落差圧が異
常に増大したりする。

このため、タービンバイパス装置を有する再熱式蒸気タ
ービンにおいて従来は、タービンバイパス弁６，１２の
動作不良に基いた極めて過犬な蒸気流量、非常に大きな
段落差圧により静翼、動翼の強度設計をする必要がある
が、本流量・差圧による翼を設計することは極めて難し
く、設計したとしても高貴な材料の使用、寸法及び重量
の増大をまねき、引いてはこれらの翼をささえるタービ
ンロータ、タービンケーシングの設計を根本的に変更す
る要因ともなり得る。

それ故、タービンバイパス装置を有するタービンの静翼
、動翼の強度設計に当たって、タービンの過大応力発生
の要因となるタービンバイパス装置動作不良時には、タ
ービンをトリップさせ、タービンの異常蒸気流入及び異
常段落差圧の発生を未然に防止する思想の基にタービン
保護装置を取り付け、通常運転時の条件をベースにして
設計するのが、経済性および信頼性の面から、基本とな
る。

このタービンへの過大応力発生を未然に防止するタービ
ン保護装置として、従来からタービンバイパス弁６，１
２０弁自体にリミットスイッチ等を取り付け、弁開度を
検出して保護信号を発生させる方式や、第１図に示す如
くバイパスライン５，１１に流量検出装置１ ９ ，
２０を取り付け流量検出により保護信号を発生させる方
式が取られて来た。

しかし、タービンバイパス弁６，１２０開度検出方式の
場合、検出信号の発生方法としては、大きく分類して、
タービン起動時のタービンバイパス弁の開条件と通常プ
ラント運転時のタービンバイパス弁閉条件の２つにわけ
て、いろいろのケースヲ想定して、タービンバイパス弁
のリミットスイッチ信号のインターロックの複雑な組合
せの検討をしなければならない欠点があるうえに、ター
ビンバイパス弁の開度信号発生用のリミットスイッチを
取付けてタービン保護の為の警報信号あるいは、トリッ
プ信号を発生させるとしても、タービンバイパス弁の開
度検出による異常蒸気流れを検出できるが、実際にター
ビン過大応力を発生させない許容蒸気流量を把握するこ
とは、タービンバイパス弁の入口圧力温度及び出口圧力
温度により弁通過蒸気量が変化するので検出することは
非常に難しかった。

その上、保護装置の構成が複雑になるため弁自体の開度
信号となるべき、電気系統、油圧系統あるいは制御空気
系統の故障や、タービンの保護用の検出装置であるリミ
ットスイッチ接点不良等の故障が生じる可能性もあり、
タービン保護装置としての信頼性に欠ける欠点を有して
いる。

また、流量検出装置１ ９ ， ２０による方式の場合
でも、前述した如く、インターロックの組合せの複雑さ
、タービンの過大応力発生原因とはならない許容蒸気流
量の検出の難しさの欠点は常に有している。

以上のように、従来においてはタービンバイパス弁自体
の開度検出或いはタービンバイパスラインの流量の検出
にのみ依存するものであるため、タービンの保護として
は十分な機能および信頼性を発揮できないものであった
。

本発明の目的は、タービンバイパス弁の不良により生じ
るタービン静翼及び動翼への過大応力を未然に防止しう
るタービン保護装置を提供するにある。

本発明は、タービン段落入口圧力（タービンブレード圧
力）は、第２図に示すようにタービン後続段流量に比例
するという基本的な原理に着目し、タービン段落圧力あ
るいは段落差圧を検出して、タービンの静翼や動翼に対
して過大応力の原因と、なる過大蒸気流量及び過大段落
差圧の発生前に警報及びトリップ信号を出して、タービ
ンを保護するようにしたものである。

第３図は本発明の第１の実施例を示すブロック図である
。

第３図の実施例は流量検出部を除去し、圧力検出装置２
１を中圧／低圧タービン８０入口に設けたものであり、
全体の構成については変更がない。

第３図において、通常運転中は高圧バイパス弁６及び低
圧バイパス弁１２は必ず全閉状態でなければならないが
、何らかの原因で高圧バイパス弁５が開方向に移行する
と、ボイラ１の過熱器より発生した高圧蒸気の１部は、
通常運転中と同様な経路、つまり主蒸気止め弁２２、高
圧タービン２を経て、低温再熱管４へ排出されるが、他
の１部は高圧蒸気バイパスライン５を通り、低温再熱管
４に流入し、前記高圧タービン２の排気と合流し、ボイ
ラ１の再熱器、高温再熱管１０、再熱蒸気止め弁２２を
経て中圧／低圧タービン８に流入する。

この場合、主蒸気管３の蒸気圧力は、主蒸気管３と低温
再熱管４が高圧蒸気バイパスライン５を介して短絡する
ため、急激に低下することになるが、ボイラ側の主蒸気
管３の蒸気圧力を一定に保持させる制御信号によりボイ
ラ１の過熱器は、漸次蒸気発生量を増し蒸気圧力を保持
しようとする。

このボイラ１の蒸気発生量の増加に伴い、高圧蒸気バイ
パスライン５を通過する蒸気量も漸次増加し、ますます
中圧／低圧タービン８への流入蒸気が増加する。

これに従って、中圧タービン８０入口圧力は、段落圧力
は後続段流量に比例するという基本原理に基づき、随時
圧力上昇過程をたどり、段落差圧もますます増加して、
中圧／低圧タービン８の静翼、動翼に過大応力を発生さ
せ、タービン破損へと導くことになる。

本発明においては、高圧バイパス弁６の動作不良を、中
圧タービンへの流入蒸気量、つまりタービン段落入口圧
力を圧力検出装置２１にて検知して制御回路３００に送
り、ここからタービンの保護としての警報及びトリップ
信号ｘ，ｙ，ｚあるいは中圧／低圧タービン８への蒸気
流入量を低減させるための低圧バイパス弁１２の開信号
Ｗとして利用することにより中圧／低圧タービン８の静
翼、動翼にかかる過大応力発生を未然に防止することが
出来る。

この保護信号発生装置の基となる圧力検出装置２１の取
付け位置は、最も顕著に圧力変動が現われる中圧タービ
ン入口の他に、中圧／低圧タービン８の各段落の入口で
あれば、いずれでも可能である。

また、信号発生の可能な圧力領域については、タービン
プラントの運転条件により、中圧／低圧タービン８０段
落入口圧力は最大いくらになるのかは既知のデータとし
て把握できるものであるし、また、中圧／低圧タービン
８０強度上の制約より段落圧力はい（ら以下の値を取る
べきか既知のデータであるので、本値をベースにしてあ
る適当な圧力以上になると保護信号を発生させる圧力領
域とすることが出来る。

第４図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。

第４図の実施例は圧力検出をタービン段落で行なうよう
にしたものであり、これにより中圧／低圧タービン８０
強度上の制約条件である段落差圧の制限値をより精度良
く押さえることができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示すブロック図である
。

第５図の実施例は通常運転時低圧蒸気バイパスライン１
１に設定されている低圧バイパス弁１２が何らかの原因
で全開状態から開方向に移行した場合の保護を対象とし
たものであり、具体的には、高圧タービン２のタービン
段落２００の圧力差を差圧検出装置２４により検出する
ものである。

第５図において、低圧バイパス弁１２が開方向に移行す
ると、ボイラ１よりの蒸気は高圧再熱管１０を通り、一
部の蒸気は通常運転中と同様に中圧／低圧タービン８を
経て、復水器９へ流入するが、他の一部の蒸気は低圧蒸
気バイパスライン１１を経て復水器９へ流入する。

このため、中圧タービンの入口蒸気圧力は急激に低下し
、高圧タービン２の排気圧力もこれに伴って低下する。

従って、高圧タービン２の最終段落２００の差圧は増加
し、タービン過大応力発生の原因となる。

この防止方法とし、低圧バイパス弁１２の動作不良を、
差圧検出装置２４により検知し、過大応力発生を未然に
防止するものである。

以上より明らかなように本発明によれば、夕一ビン段落
出入口圧力あるいはタービン段落差圧力を検出すること
により保護信号として用いることができ、信頼性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービンバイパス装置の一例を示すブロック図
、第２図はタービン後段流量に対するタービンブレード
圧力特性図、第３図は本発明の第１の実施例を示すブロ
ック図、第４図は本発明の第２の実施例を示すブロック
図、第５図は本発明の第３の実施例を示すブロック図で
ある。 １……ボイラ、２……タービン、３……主蒸気管、４…
…低温再熱管、５……高圧蒸気バイパスライン、６……
高圧バイパス弁、７，１３……減温器、８……中圧／低
圧タービン、９……復水器、１０……高圧再熱管、１１
……低圧蒸気バイパスライン、１２……低圧バイパス弁
、２１……圧力検出装置、２３，２００……差圧検出装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラで発生した主蒸気を高圧タービンと中圧／低
   圧タービンとに送り、これらタービンで発電機を駆動す
   ると共に、前記高圧タービンに供給される主蒸気の全量
   または一部を該高圧タービンをバイパスして前記高圧タ
   ービンの排気管に流入させる高圧蒸気バイパス装置及び
   前記中圧／低圧タービンに供給される主蒸気の全量また
   は一部を該中圧／低圧タービンをバイパスして復水器ま
   たは大気へ排出する低圧蒸気バイパス装置を備えた再熱
   式蒸気タービンシステムにおいて、少くとも前記一方の
   タービンの膨張段落入口または出口の圧力が所定値以上
   に達したことを検知する手段と、該手段により得られた
   信号に基いて前記タービンをトリップさせる保護手段と
   を具備することを特徴とするタービン保護装置。 ２ ボイラで発生した主蒸気を高圧タービンと中圧／低
   圧タービンとに送り、これらタービンで発電機を駆動す
   ると共に、前記高圧タービンに供給される主蒸気の全量
   または＝部を該高圧タービンをバイパスして前記高圧タ
   ービンの排気管に流入させる高圧蒸気バイパス装置及び
   前記中圧／低圧タービンに供給される主蒸気の全量また
   は一部を該中圧／低圧タービンをバイパスして復水器ま
   たは大気へ排出する低圧蒸気バイパス装置を備えた再熱
   式蒸気タービンシステムにおいて、少くとも前記一方の
   タービンの膨張段落間の差圧が所定値以上に達したこと
   を検知する手段と、該手段により得られた信号に基いて
   前記タービンをトリップさせる保護手段とを具備するこ
   とを特徴とするタービン保護装置。