JPS591905A - 給水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的背景〕 本発明は例えば、発電所の蒸気発生装置である？イ２あ
るいは原子炉等へ給水する給水システムにおいて、特に
低流量域での安定運転を行ない得るようにした給水制御
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、例えば火力、原子力発電所においては、？イラ
あるいは原子炉等の主タービン発電機を駆動するための
蒸気発生装置に対して、この蒸気のもととなる水をボイ
ラあるいは原子炉へ供給するために給水システムを設け
ている。

この給水システムは、Ｉング本体と、このポンプ本体を
駆動するためのモータあるいは給水ポンプ駆動用タービ
ン、および給水制御装置から構成されている。

第１図は、従来のかかる給水システ、ムの一例をブロッ
ク的に示したものである。図において、１は給水ポンプ
駆動用タービンの速度制御をするための蒸気加減弁、２
は給水ポンダ駆動用タービン、３は回転速度検出器、４
は駆動用タービン２に連結した給水ポンプで、回転速度
に応じ又吐出量および吐出圧が決まる。また、５は逆止
弁であシポング吐出圧が給水圧力より低い時に、給水が
ディンを六は原子炉側からボング側へ逆流するのを防止
するためのものでおる。

θノは第１の給水調節弁であシ、後述する給水調節弁制
御部ｉｓＫよル開度制御される。この第１の給水調節弁
６１は、低流量域の制御に使用されるために通過容量は
定格容量に比し小さい。そして、６２は全開または全開
に制御される第２の給水調節弁である。この第１．第２
の給水調節弁１ｊ１．ｆｊ！は、機械的または電気的イ
ンクロックによル相互関連をもって動作し、第１の給水
調節弁６ノが全開の時は第２の給水砕節弁は全開、第１
の給水調節弁６１が全開未満の時は第２の給水調節弁６
２は全閉となるように開閉制御している。

一方、７は再循環弁で、逆止弁５．第１．第２の給水調
節弁６１．６ｊｌを通過する給水量が少ない時に、給水
デンジ４自身の安定または安全運転に必要な最低吸込量
を確保するための弁であシ、給水が極端に少ない時はこ
の再循環弁７を開いて、再循環系へ吸込量と給水の差分
を流すためのものである。さらに８は給水量検出器、９
は目標給水量指令と実給水負信号との偏差を演算する加
算器であシ、１０は加泗−器９の出力を受けて給水ポン
プ駆動用タービン２の目標速度指令信号を発する演算部
である。さらＫまた、１１は後述する制限器１３から与
えられる回転速度指令信号と回転数検出器３の出力であ
る実回転数信号を比較する加算器、１２はポンプ速度制
御部、１３は演算部１０よシ与えられる目標速度指令信
号を安全運転領域内に制限して、給水ポンプ駆動用ター
ビン２０回転速度指令信号として出力するための制限器
であシ、通常第２図に示すように入出力は直線関、係と
し、かつ安全運転領域の下限では所定の制限値を維持す
る入出力特性を持たせである。１４は加算器であシ、演
算部１ｏよシ与えられる目標速度指令信号と、制限器１
３からの回転速度指令信号とを比較すると共に、第１の
給水調節弁６１の全開の開度に和尚するバイアス信号を
加算する。また、１５は加算器１４の出力によシ第１゜
第２の給水調節弁６１．６２の開度を制御するための給
水調節弁制御部である。

゛以下、かかる給水制御装置の動作について説明する。

まず、目標速度指令信号が制限器１３に制限されない安
全運転領域の場合について述べる。この場合、加算器１
４の出力は全開バイアス信号に等しくなシ、給水調節弁
制御部１５は第１の給水調節弁６１を全開にすると同時
に、これにインタａｙりされている第２の給水調節弁６
２も全開とな夛、給水量は完全に給水ポンプ４によシ制
御されている。

実給水量が目標給水量よシも少ない時は加算器９の出力
は正となり、演算部１０は目標速度指令信号を増加する
。すると、制限器１３の出力である回転速度指令が増加
して加算器１１の出力は正となシ、ポンプ速度制御部１
２を介して加減弁１を開方向に制御する。したがって、
タービン２及び給水ポンプ４０回転速度は上昇し、回転
速度検出器３の出力か上昇する。この回転速度検出器３
の出力の上昇°は、加算器１１の出力が零となる迄、即
ち回転速度指令信号に実回転数が等しくなる迄継続する
。そして、給水ボンｆ４の回転速度が上昇すると給水ポ
ンプ給水量が増加し、給水量検出器８の出力すなわち実
給水量が目標給水量に等しくなる。

また、実給水量が目標給水量よシ多い時は、前述と逆の
過程を経て両者が等しくなるように制御される。従って
、通常は目標給水量指令と実給水負信号が等しくなるよ
うに制御さり、ている事になる。

次に、目標給水量指令が低く目標速度指令信号が制限値
以下となった場合は、制限器１３の出力である回転速度
指令信号はこれよりも高い制限値になるため、加算器１
４の出力は全開バイアスからこの差を減じた値となる。

この出力信号の低下は、給水調節弁制御部１５によシ演
算増幅されで第１の給水調節弁６１を閉方向に操作する
と共に、これにインクロックされｆｃ第２の給水調節弁
６２を全閉する。この際、第１の給水調節弁６ノの容量
を、この制限速既における給水ポンプ４の給水流量以上
に選定しておけば、第２の給水調節弁６２の開閉による
給水流量の変動は皆無に近く、この第２の給水調節弁６
２閉以後の給水量は、第１の給水調節弁。

６１によ多制御される事になる。そして、第１の給水調
節弁６１社さらに閉方向に制御され、目標給水量指令と
実給水量とが等しくなった開度に制御される。そして、
これ以後目標速度指令信号が制限値以下の場合は、制限
器１３の出力である回転速度指令信号は下限制限値とな
るため、給水タービンの回転速度は一定に保持され、給
水量は加算器９．演算部ｉｏ、加算器１４、給水調節弁
制御部１５．第１の給水調節弁６１．給水量検出器８お
よび加算器９からなる閉ループの給水調節弁制御に移行
することになる。また、目標速度指令信号が制限値以上
に復帰すると回転速度指令信号と等しくなシ、第１、第
２の給水調節弁６１．６２は再び全開となシ、以後は加
算器９．制限器１３．加算器１１、ポンプ速度制御部１
２．蒸気加減弁１および給水量検出器８からなる閉ルー
ズの給水ポンプ速度制御に移行することにある。この場
合、制御モードの移行に際して何ら不連続な制御系・制
御定数等の切換を含まないので、切換は極めて円滑に行
なわれる。

〔背景技術の問題点〕

熟年ら、かかる従来の給水制御装置には以下のような欠
点がある。すなわち、前期給水調節弁制御領域において
、第１の給水調節弁６ノの開度が全開に近づくにつれて
、この給水調節弁６１の出入口の圧力差が減少して零に
近づくために、同一の給水調節弁開度変化に対する流量
の変化率が少なくなる。たとえば、第４図に示すシステ
ムで給水ポンプ４の吐出圧Ｐ。と負荷２０の出口圧力Ｐ
１を一定と仮定し、負荷２０の流量−圧力特性が（１）
式で、また第１の給水調節弁６１の流量圧力特性が（２
）式で表わされる場合を考える。

Ｑ＝ＫＸ〆ｇ−・・・・・・（１） Ｑ＝ＣＸ凶マ：６　　　・・・・・・（２）ここで、Ｑ
は給水流量、Ｋはシステムによって定まる定数、Ｐ・は
ポンプの吐出圧即ち給水調節弁６１の入口圧力、Ｐｌは
給水調節弁６ノの出口圧力つまり負荷２０の入口圧力、
Ｐ、は負荷２０の出口の圧力、Ｃは給水調節弁６１の流
量係数を夫々表わす。

この場合、給水ボンｆ４は第１図の制限器１３の下限制
限値の回転数で運転されておシ、Ｑの給水流量を給水調
節弁６１へ供給しその時の吐出圧はＰｏと一定である。

第１の給水調節弁６１は、負荷２０へ供給する給水量を
制御するためのもので、流量係数Ｃは弁開度に対して単
調増加となる。負荷２０の入口圧力はＰｐｍ出口圧力は
Ｐ、で、第１の給水調節弁６１からの給水を消費する。

一方、（１）式と（２）式よりｐｔ　を消去すると、次
の（３）式が求められる。

Ｐ・−Ｐｇ　　−（（−）”　＋（−’）”）Ｑ　２　
　　　・・・　・・・（３ンＫ これを変形して、Ｑを求める式にしたものが（４）式で
ある。

この（４）式におい又、Ｐ６＊Ｐｔ　＊には一定であυ
、給水調節弁６１の流量係数Ｃにより給水ｆｊＱが制御
できる。しかしながら、給水調節弁６１が全開近くにな
ると、すなわちシステムによって定まる負荷２０の定数
Ｋに比べ１大きく工 な多すぎると、（〜）２の項は（＾）２に比べて小ＣＫ さくな）、給水調節弁６ノの流量係数Ｃによる給水ｆｓ
ｔＱの変化量も小さくなる。実際の給水システムにおい
ても、負荷２０の出口圧力Ｐ、けほぼ一定である。一方
、ポンプ吐出圧Ｐ。は流量Ｑが増加すると減少する。従
って、上記（４）式の（ＰｏＰｇ）も減少するため、給
水調節弁６１の流量係数Ｃによる給水量Ｑの変化量は、
全開近くで一層小さくなる。第４図はその一例を示すも
のである。っまシ、給水調節弁の開度が６０％付近から
、給水量はあｉシ変化しなくなってきている。このこと
は、給水制御システ４どしては制御ダインが非常に低下
する事を意味する。従って、前記給水調節弁制御領域の
状態から給水量をラング状に増加する場合、第１のよう
な制御装置では第１の給水調節弁６ノが全開近くになる
と給水量が給水指令に追従できなくなシ、給水偏差量の
増大を招いて最悪の場合はプラントトリラグに至りてし
まう。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたもので、そ
の目的は給水調節弁による制御から回転数制御に移行す
る過程、すなわち給水調節１ 弁の全開近くで運転する場合の低流量域においても、給
水指令に追従して高効率で安定な運転を行なうことがで
きる給水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に本発明で鉱、給水調節弁の開
度がある程度まで開き、給水調節弁による給水量の制御
が効かなくなった時点で前述した回転数制御を併用する
ようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例につい１図面ケ参照して説明す
る。第５図は、本発明による給水制御装置の構成例をブ
ロック的に示したもので、第１図と同一部分には同一符
号を付して示す。

つまシ第２図におい℃、第１図と兵なる点は加算器１４
の一方の入力である制限器１３の出力に代えて、制限器
１３の下限制限値を入力していることと、加算器１４に
１バイアス加算される全開バイアス信号を、第１の給水
調節弁６１の任意の開度である６５％開度に相当するバ
イアス４ｇ号に代えるようにしていることである。

かかる構成の給水制御装置とすれば、目標速度指令信号
が制限器１３の下限制限値よシ小さく、そのため給水Ｖ
＠節外弁制御部５への入刃傷号が６５％開題相当以下の
場合は、給水ポンゲタ−１７２０回転速度指令は制限器
１３の下限制限値に制御され、第１の給水調節弁６１が
パイ・アス開度まではその開度にょシ前述の従来と同様
に給水量の制御が行なわれる。

また、目標速度指令信号が高く制限器１３の下限制限値
との偏差が３５％開度相描以上の場合は、加算器１４で
これに６５％開度相当のバイアス信号が加算されるため
、加算器１４の出力はチ開度相癌以上の信号となるため
、給水調節弁６１．６ｊ！は全開し、タービンの回転数
制御によル従来と同様に給水制御が行なわれる。

次に、目標速度指令信号が上記２ケースの中間帯にある
場合について説明する。

実給水量が目標給水量よシも少ない時は加算器９の出力
が正となル、演算部１ｏは目標速度指令信号を増加すゐ
。また、制限器１３の出力である回転速度指令信号本増
加して加算器１１の出力は正とな）、ポンダ速度制御部
１２を介して加減弁１が開方向に制御される。したがっ
て、タービン２および給水ポンダ４の回転速度は上昇し
、回転速度検出器３の出力が上昇する。

そして、この回転速度検出器３の出力の上昇は、加算器
１１の出力が零となる迄続く。また上記演算部１０の目
標速度指令の増加は、同時に加算器１４の出力も増加さ
せ、給水調節弁６ノ１部１６を介して第１の給水調節弁
６ノが洲方向に制御される。この時、目標速度指令信号
は制限器１３の下限制限信号１６よシも大きいため、加
算器１４の出力は設定された任意のバイアス信号にこの
差を加えた値となる。そして、給水ポンプの回転速度が
上昇し、第１の給水調節弁６１の開度が増加する。この
両者の効果によシ、ポンプ給水量が増加して給水量検出
器８の出力、すなわち実給水量が目標給水量に等しくな
るよう制御される。

一方、実給水量が目標給水量よシも多い時は、前述と逆
の過程を経て両者が等しくなるように制御されることと
なる。

以上の場合、加算器１４に付加されるバイアス信号は、
第１の給水調節弁６ノの流量特性が、シヌテム忙悪影響
を及埋さない範囲で最も全開に近い開度、例えば６５チ
開度を選択すれば、目標給水流量が変化して第１の給水
調節弁６ノの開度がバイアス開度以上、さらに１００％
開□槻の場合にも連続的で安定した切替が行なわれる。

上述したように本給水制御装置によれば、安全運転速度
領域の制限のある給水Ｉンプによ少ゴイ２．原子炉尋の
蒸気発生装置へ給水する場合、安全運転領域と危険速度
領域とのモードを自動的に判別し給水ポンプ制御および
給水調節弁制御を一部併用することによって自動的かつ
円滑に切換え低流量制御を行ない得るようＫしたので、
主タービン発電プ２ントの変圧運転時も低出力運転を行
なえ、同時に運転員の操作。

監視岬も不要でプラント全体の自動運転制御装置との結
合が可能となりて省力化でき、構成が簡単で高効率の変
圧運転を安全に行なうことができる。

尚、本発明社上記実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施すること
ができる。

（１）第５図における演算部１０．給水調節弁制御部１
５．ポンプ速度制御部１２は、その制御特性に応じて比
例、積分、微分動作を組み合わせる事が可能であシ、例
えば加算器１４へのバイアス信号は、第１の給水調節弁
６１の所定の開度に相当するレベルであれば、給水調節
弁制御部出力等どこに加えてもよい。

（２）第１．第２の給水調節弁６１．６２は上述の構成
以外に、第２の給水調節弁６２も第１の給水調節弁６１
のようなサー？弁とし、並列運転するようにしてもよい
し、定格容量を肩する１個の給水調節弁にて実施しても
よい。この場合、低流量域はサーゲ弁特性・とじ、これ
以上の流量域では全開するような特性の弁を用いてもよ
い。

（３）上記実施例では、安全領域が一つの場合について
述べたが、複数領域に分割されるような場合は制限器１
３の代わシに、第６図（ａ）に示す　　　′ように入出
力は直線関係で所定の区間毎に段階状に変化する特性を
有する関数発生器を用い、同°時に加算器１４に入力さ
れる制限器１３の下限制限信号の代わ力に、第６図（ｂ
）に示す階段状の特性を有する関数発生器を用いるよう
にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明し友ように本発明によれば、低流量域において
も給水指令に追従して高効率で安定した運転を行なうこ
とができる極めて信頼性の高い給水制御装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給水システムの一例を示すブロック図、
第２図は制限器の％性を示す図、第３図は給水ポンプシ
ステムの一例を示ス図、第４図は給水調節弁に対する給
水量の応答を示す特性図、１ｌｃ５図は本発明の一実施
例を示すブロック図、第６図（ａ）は本発明の他の実施
例による制限器の特性を示す図、第６図（ｂ）は本発明
の他の実施例による制限器下限制限値信号の特性を示す
図である。 ４・・・給水ポンプ、１０・・・演算部、１２・・・ポ
ンプ速度制御部、１３・・・制限器、１５・・・給水調
節弁制御部、１６・・・制限器下限制限値信号、６ノ。 ６２・・・給水調節弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の安全運転領域内の回転速度で運転すべき給水ポン
   プによシ蒸気発生装置へ給水する給水システムにおいて
   、所要給水量に対応した運転速度指令信号を出力する演
   算部と、この演算部からの運転速度指令信号を所定の安
   全運転領域内に制限する制限器と、この制限器の出力に
   より前記給水ポンプの回転速度を制御するポンプ速度制
   御部と、前記制限器の入力値と下限制限値との偏差に応
   じて前記給水−ンプの吐出側に設けた給水調節弁の開度
   を制御する給水調節弁制御部とを具備したことを特徴と
   する給水制御装置。