JPS605761B2 - ボイラ−タ−ビン制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラータービン制御システムに関し特に絞り
弁を所定状態に維持しながらボイラータービンシステム
寮要に見合うようにボイラー入力を制御するための制御
システムに関する。

絞り弁の状態とは、弁が開いている状態、即ち、弁の両
側間に菱圧がある状態を云うものと考えてよい。ボイラ
ータービン制御システムに於て蒸気の条件についてはボ
イラーから蒸気タービンへの動力入力必要量を表わす信
号を発生させることは望ましいことである。この信号を
ボイラーへの入力を制御するための需要信号として使う
ことができ、それが有利である。発電機の電力出力のそ
の所望値からの偏差がタービン制御弁の惨正によって制
御され、そしてボイラー入力が、ある制限範囲に亘つて
、プログラムされた絞り圧力設定点の方へ絞り圧力を制
御するように修正された叢要信号に応答して制御される
ときに、システムをスライド圧力様式で運転すると云う
。

か）る運転の間の電気的負荷の変化が原因で制御器は絞
り弁の関度を、従て、タービン−発電機ユニットに於け
る電力レベルを変化させる。

次にこの変化が生じると、発生した需要信号に応答して
ボイラーへの入力を修正させる。従釆のボイラー入力需
要信号は、タービンの第一段階の圧力か又はタービンを
通過する蒸気流量を絞り圧力で割った商から得、この商
に圧力制御器設定点を掛けるとスライド圧力運転のため
のボイラー穣要信号がでてくると云うものであった。こ
れら従来のシステムには特定の予じめ選択した状態にタ
ービン制御弁を再調節する手段が設けられていない。特
定の予じめセットした関弁の方向へタービンの制御弁を
再調節するための手段を設けることによって、従来不可
能であったボイラータービンシステムの高度に改良され
た制御操作を提供する多くの利点を得ることができる。
例えば、この制御システムは、定常状態のタービン絞り
弁の関口度が負荷範囲の全てに百つて一定になるように
、蒸気圧力の持続したレベルをタービン出力に比例させ
るために或る範囲内で変化させるようなものである。而
かし、急速な応答を得るため並びにタービンの入力を安
定化するために、弁の位置（圧力比Ｐ，／Ｐｔで測った
）を設定値に回復するために機能する補助制御システム
を以て負荷制御を行うため絞り弁を操作することができ
る。

従って、絞り氏力がタービン出力に比例して変化するボ
イラーの圧力変化制御の利点は、タービン出力を制御す
るための急速な応答及び該出力の安定性を後性にするこ
となく得られるのである。本発明の特徴は、タービン出
力を制御するための弁（絞り弁）の制御が弁をＰ．／Ｐ
ｔのデメンションで表わされた所要設定位置に戻すよう
に、絞り圧力制御装置の設定点を動かして圧力を変化さ
せる手段に係るものである。斯くてこ）に開示された本
発明の制御システムに於ては、タービン弁がその速度ま
たは開度で制御される場合、例えば弁が全開で動作して
いるときの制御系の再調節の手段とが絞り圧力または設
定点が制限されるときの制御動作の本来の再調節の手段
が提供される。従って、本発明の目的はボイラータービ
ンシステムに於て、ボイラー入力を制御するための需要
信号を確立するための改良方法及び手段を提供しようと
するにあって、しかも該システムに於ては所望発電機出
力を速やかに出すようにタービン制御弁を調節し、そし
て所定状態へタービン制御弁を戻らせ乍ら所望発電機出
力を維持するように絞り圧力設定点を調節してスライド
圧力様式の中で或る制限範囲に亘つて絞り圧力を動作さ
せるものである。

本発明によれば、所望発電機出力を維持するように調節
される夕−ビン制御弁を経てタービン−発電機ユニット
から所望出力が出るように需要信号に応答して蒸気ボイ
ラーへの入力を制御するためのシステムが提供される。

ボイラー需要信号は、タービンに於ける蒸気圧力を表わ
す信号の絞り圧力を表わす信号に対する比をとり、次い
で、これに絞り圧力設定点を掛けたものである。そして
需要信号は現在の絞り圧力の絞り圧力設定点からのその
偏差に応答する制御信号によって疹正される。改良は、
タービン制御弁の所望の関度を表わす信号とタービン制
御弁の現在の関度を表わす信号との間の偏差を減らすよ
うに絞り圧力設定点とボィラ−藤要信号との両方を修正
するため動作することのできる手段から成る。第１図に
於て１０は貫流ボイラーで、管路１２からの燃料流と管
路１６からの空気流のような普通の入力がある。

燃料流と空気流とはボイラーへの必要な熱入力を与える
ようにバーナ部１４で合わされる。給水流は管路１８を
通る。管路１６からの空気流入にはブロック２２の中の
符号ＰＩで示すように比例積分雨動作用の制御器として
示される制御器２２による弁２０の調節による制御が施
される。管路１６からの空気流は流量制限装置２６の両
側に生じる圧力差に応答する流量計２４によって計測さ
れる。それと同様に管路１２からの燃料流には制御器２
２と同様な制御器３２による制御が施される。

なお燃料流はオリフイス板３６の両側に於ける圧力降下
により流量計３４によって計測される。管路１８からの
給水流に弁４０によって（図示省略の）制御器の作用に
応答する制御を施す。この制御器は当該技術に於て公知
に属する多くの方法のどれかによって給水制御の動作を
することのできるものである。出力蒸気管路６川こボイ
ラーによって発生させられた蒸気圧Ｐｔは絞り圧力と称
されるが、この圧力は出力蒸気管賂６０へ綾緩されたタ
ップ６４を経て圧力計側装置６２によって計測される。

第１図に示す制御システムで必要な他の計測はタービン
への蒸気圧力を表わす計測である。即ち、第１図に於て
、タービン６８の段一段階圧力Ｐ，をタービン６８の第
一段階へタップ７２で接続された圧力計棚装置７０で計
測する。図示するように、ボイラー１０を出た蒸気はタ
ービン制御弁９０を経てタービン６８へ供Ｖ給される。

タービン６８は発電機７４へ機械的に連結されて線路７
６へ電気出力を発生する。線路７６に於ける電気出力は
図示のように電力計８０で計測されて発電機７４Ｇの実
際出力Ｇａを示す信号を線路８１へ送り出す。発電機７
４の出力を所望出力に安定させる目的で発電機７４での
所望発電量を表わす信号Ｇｄを端子８２に加える。

ブロック８６で示した調速機機構は連結８４によってタ
ービン−発電機へ機械的に連結されている。

調速機８６の機械的出力が連結８８を介してタービン制
御弁９０の弁位置すなわち開口度を制御し、その結果こ
の弁９０がタービン６８への蒸気流量を制御することに
なる。鯛遠機」８６は線路９１及び９２を経由する信号
によって制御されるから調速機は弁９０の関口度を増加
させたり減少させたりして蒸気流量を所要のように変化
させて線路８１上の信号Ｇａによって計測された発電量
を制御器１００を介してその所望値ＧＯ‘こ維持するこ
とになる。第１図に示すように比較器９５に於ける信号
ＧｂとＧａとの比較に応答して調遠機制御信号を線路９
１と９２とに流すようになっている。即ち、これら二個
の信号ＣｄとＧａの間の差が線路９８に制御器，１００
への入力として現われる。制御器１００は比例積分両応
答動作をする。この特別な制御器は米国特許第３００８
０７２則こ開示された形式のものであることができ且つ
制御器１００によって要求される増分制御作用の広がり
に左右される接続時間を有する電気的パルス信号をその
出力線路９１及び９２へ出すことになるように設計され
ることができる。上記は端子８２へ出される信号に応答
して発鰭機７４の電気出力が制御される態様について記
述したのであるが、次に所望蒸気圧力Ｐｓになるように
ボイラー１０へのエネルギー入力を制御する態様につい
て記述する。

次に説明するように制御弁９０が特別な所定の関度に維
持されることになるように制御システムが信号Ｐｓに修
正を施す。線路１０６に生じる信号はタービン６８に必
要なエネルギー需要を表わす。このタービンエネルギー
需要信号は、割り算回路１１４に於てタービン６８の第
一段圧力Ｐ，を、計測された絞り圧力Ｐｔで割ることに
よって確立される。かくて線路１１６に量Ｐ，／Ｐｔを
表わす信号が得られる。次に鞠算器１２１でこの量に信
号Ｐｓを掛ける。この信号Ｐｓは線路１ １７に出てく
るもので絞り圧力設定点を表わす信号である。線路１１
７上に出る信号を確定するための制御システムは第１図
図示のようであって、弁９０の所望関口度を表わす設定
信号を線路１２０に発生させる源を具えている。

この設定信号は比Ｐ．／Ｐｔに対するプリセット値であ
り、比較器１１５に於てこの設定値と実際の比信号が比
較される。１１９は所望の弁関度を表わす信号の発生器
である。

前記比較器１ １５の出力線１ １３には所望弁関度Ｐ
Ｏからの実際の弁開度の偏差を示す信号がでてくる。こ
れは、Ｐ，／Ｐｔは弁関度を表わすが故である。この偏
差は制御器１２２によって零になる迄減らされることが
望ましいものである。この制御器１２２は比例積分両応
答動作をする制御器として示されておる。このように線
路Ｔ １７へ信号を出すための制御システムの目的はま
ず第一に割り算回路網１ １４から供艶台された信号Ｐ
，／Ｐｔと線路１２川こ出る信号との間の偏差に応答し
て、線路１１７に信号Ｐｓを発生させることであり、こ
の信号Ｐｓは制御器１２２の制御作用によって信号Ｐ，
／Ｐｔと線路１２０の信号とができるだけ等しくなるよ
うにするようなものである。この信号Ｐｓはボイラー入
力制御システムを介して発電量に変化を起させ、結局制
御器１００が弁９０を調節し斯くしてＰ，／Ｐｔ比を変
化させることになる。Ｐｓの値を調節するための制御シ
ステムには線路１２４を通って頚算機１２３の中へ信号
Ｃｄを導入することによって偏差信号を減衰させるため
の信号を使うことを含めることができる。

掛算機１２３に於て鶏算を導入することによって比較器
１ １５から導かれた偏差信号を所望発電量Ｇｄに従っ
て修正しそれによって偏差信号が信号Ｐｓの制御に与え
ようとしておる制御の相対割合を決定することができる
。所望発電量からの実際の発電量の偏差を表わす線路９
８からの信号を線路１２５を経て雛算器１２３の出力に
加える。

制御器１２２への入力は、上述の如く減衰された偏差信
号である。

その減衰は掛算器１２３中で行われる。即ち、上記偏差
信号線路１２４の信号Ｇｄによって減衰される。減衰さ
れた偏差信号は弁９０の所望の閥度からの偏差を表わす
。該信号Ｐ，ノＰｔは弁９０の開口度に比例するもので
、従つて、線路１１８の信号を弁９０の所望の開口度を
表わす設定点ＰＯと比較すると、比較器１ １５の出力
は弁９０の所望の開度からの偏差である。この偏差はＧ
ａのＧｄからの差によって修正される。即ち、線路１２
５の信号は弁９０の所望開口暖からの偏差を示す信号の
減衰された値に加算される。発電機出力偏差は制御器１
００‘こよって零の方へ制御されるが故に、制御器１２
２は弁９０のその所望位置からの偏差を減らして零に近
づける作用をする。

制御器１２２の出力は、線路１２４及び１２８を介して
信号Ｇｄを加算することにより変更され、所望発電量Ｇ
ｄの変化を先行させてＰｓの制御を行うという制御効果
を与えるようにしている。

従って、信号Ｇｄの導入によりＰｓの変更に先行応答を
与え、それによりＰｓの値はまつさきにＧｄの変化に応
答して変化される。信号Ｇｂを導入しなければＰｓは、
信号Ｐ，／Ｐｔの変化によって示される弁９０の位置の
変化に応答して変化するだけである。この先行信号を与
えることによって、Ｇｄの変化に対する信号Ｐｓの応答
は、そうでない場合に比して早く生じ、従って、制御シ
ステムが不必要な遅れを伴なわずに変化に対して迅速に
応答できるようになる。加算器１２６の出力はついでブ
ロック１３０で示されるリミット回路への入力になる。
これらのリミット回路にはその出力即ち線路１１７上の
圧力設定点を表わす信号Ｐｓを最大値と最小値の間に制
限し且つ値の変化率を制限する手段がある。かように信
号Ｐｓは、線路１２０に生じる予め設定された所望な弁
９０の関口度と比Ｐ，／Ｐｔによって表わされる弁９０
の実際の関度との闇を等しくさせるために制限範囲内で
のそして制限された率で変化しようとする。

即ち、一方では負荷制限システムが調速器８６に働いて
弁９０の開度を修正することによって発電量に変化を起
させるか、他方では制御器１２２は信号Ｐｓを修正する
ことによって弁９０の関度を所望な開度に戻らせる役目
をする、その信号Ｐｓは線路１０８に需要信号の修正さ
れた値を確定する。従って、ボイラー入力が調節されて
発電量が変化させられることになり、その結果弁９０の
関度を、従ってＰ，／Ｐｔを変化させることになる。絞
り圧力Ｐｔのその所望な値良Ｄち設定点Ｐｓからの偏差
に従って線路１０８上のボイラー需要信号に修正を施す
。

この修正は圧力計側装置６２の出力信号の利用によって
行う。その出力信号は比較器１４１の入力でありその比
較器１４１の他の入力は線路１４３からの信号Ｐｓであ
る。比較器１４１１こ於ける比較の結果が線路１４５上
の信号であって、これは絞り圧力乳のその設定点Ｐｓか
らの偏差を表わす。線路１４５の信号は制御器１４２の
入力である。比例、積分及び微分動作を行う制御器１４
２は工業的制御器の標準型である。比例、積分及び微分
動作はいよいよ比例的、積分及びレート動作と呼ばれる
ものを示す。これは、制御器からの出力として与えられ
た制御信号が三つの構成部分を有し「 その一つが測定
変数のその設定点からの偏差に比例し、該偏差は制御器
への入力であるという事実を示すものである。第二の、
即ち積分動作は該偏差の積分に比例するが、微分動作は
該偏差の微分に比例するものである。従って、制御器１
４２は工業的プロセス制御が利用しれている世界中で周
知型式の標準工業型式のものであり、例えば、制御器１
４２は、それが微分動作を供する点に於てのみ制御器１
２２と異なるものである。その出力が線路１４４に出て
きて加算器１５０で線路１０８から入る信号へ加えられ
線路１５４上の出力になる。この世力は所要ボイラー入
力を表わす修正された需要信号である。第１図に示すよ
うに、線路１５４の信号を、ボイラ−へのエネルギー入
力を制御するのに使う。前述のところで、線路１５４上
の信号が燃料を表わすものであると述べているが、これ
は線路１５４上の信号が、ボイラーへの所望燃料流量を
示す値を有するからである。従って該信号は、燃料流が
線路１８０を経てユニット１８２に供発給される場合に
燃料流制御器３２に対する設定点として用いられる。該
ユニットは、この設定点と、メ−夕３４によって測定さ
れた実際の流量とを比較するものである。燃料流量のそ
の設定点からの偏差は制御器３２への入力信号として線
路１８６上に現われる。線路１５４の信号は線路１８０
から比較器１８２へ導入され、こ）で流量計３４から導
かれるような線路１８４上の実際の燃料流量を表わす信
号と比較される。

比較の結果、線路１８６へ誤差信号が出る、それが制御
器３２の入力の役目をする、それだからその制御器３２
が線路１８０上の信号によって確定された燃料要求に相
当する値に管路１２に於ける燃料流量を維持するように
弁３０の関度を調節する作用をすることになる。燃料流
量と空気流量との間の関係は平常は掛算器１９０へ線路
１９２から導入され所望な燃料−空気比信号に応答して
制御される。線路２０４へ出てくる掛算器１９０の出力
は、管路１２の燃料流量が線路１８０の信号に従ってい
るときに所望の空気−燃料比を維持するため必要な管路
１６を通る所要空気流量を表わす信号である。

線路２０４の信号を、管路１６の空気流量を計測する流
量計２４から導かれる線路２０６の信号と比較する。

線路２０６上の信号を線路２０４の信号と比較器２０８
で比較し、そこから線路２１０へ出力を取出す。この出
力は、制御器２２が管路１６の空気流を修正するために
弁２０を調節することができ、それだから線路２０４上
の信号に相当する空気流量にできるだけ近似させて維持
することができる制御器２２への誤差信号入力を表わす
ものである。システムが休止状態であるときに弁９０の
開□度は線路１２０上の信号に従って広く開□した状態
に通常非常に近く設定される。

次にもしも例えばＧｄに変化が起るならば、制御器１０
０が調速器８６をリセットさせるであろう、このことは
結果的には弁９０の開□度を変化させるであろう、そし
てその変化は、タービン６８へ向けられる蒸気流量を変
化させ、これにより発電機の出力Ｇａが新しい値○ｄに
等しくなるように該出力Ｇａを変化させる。弁９０の関
度の変化は、比Ｐ，／Ｐｔの値に対応する変化を、従っ
て、線路１０８上の需館器ＰＳ‘こ職な変化を起させそ
の結果・ボイラー入力が直ちに変化することになる。そ
こでボイラー１０の入力は、Ｐ，ノＰｔがその設定値に
、そしてＧａがＧｄに等しくなるまで、制御器１２２に
よって要求されるように更に変化するであろう。負荷に
おける一時的な増大はタービンの弁９０を操作してボイ
ラー中の蓄積エネルギーを用いることによって処理され
る。蓄積エネルギーとはボイラー中に蓄積された熱エネ
ルギーのことである。即ち、この蓄積された熱エネルギ
ーの力で蒸気を生じさせて負荷の一時的増大を処理する
。例えば、負荷の変化に対応するべくボイラーへの熱入
力を修正する前に、蓄積したボイラー熱エネルギーによ
って発電機７４に所望の出力ができるようにする。ボイ
ラーの熱エネルギー蓄積が負荷の一時的又は短時間の増
大を処理する必要な蒸気量を供給し、これにより、ボイ
ラーへの入力の増加によって負荷の増大に対応できるよ
うになる。ボイラーへの入力の増加は負荷の変化以前に
存在するレベルにボイラーに蓄積された熱エネルギーを
維持しながら追加蒸気を供Ｖ給する。そしてボイフーへ
の入力のレベルがボイラーに蓄積エネルギーを回復しそ
して増大した負荷に見合うようにボイラーの出力を増大
させるに従って絞り弁は次第にもとの位置に戻る。実際
の弁の位置が弁の開度の正確な計測である時は、比Ｐ，
／Ｐｔを弁の関度の直接計測で層換えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためのボイラー制御システム
の一例を示す構成図である。 １０はボイラー、１２，１６，１８は管路、１４はバー
ナ、２０，３０，４０は弁Ｖ、２２，３２，１００，１
２２は制御器Ｐ１、２４，３４は流量計、２６は流量制
限装置、３６はオリフィス板、４８は煙突、６０は出力
蒸気管路、６２は圧力計側装置Ｐｔ、６４，７２はタッ
プ「 ６８はタービンＴ、７０は圧力計額。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所望電力レベルを維持するようにタービン制御弁の
   開度を調節し、且つボイラーとタービンとの間の絞り圧
   力設定点を表わす処の変化する信号Ｐ＿ｓ、絞り圧力を
   表わす信号Ｐ＿ｔに対するタービンの入口の蒸気圧力を
   表わす信号Ｐ＿１の比を表わす信号Ｐ＿１／Ｐ＿ｔとの
   積（Ｐ＿１）／（Ｐ＿ｔ）Ｐ＿ｓとして計算され、絞り
   圧力設定点Ｐ＿ｓの方へ絞り圧力Ｐ＿ｔを近づけるよう
   にボイラー入力を修正する需要信号に応答して、ボイラ
   ーへの入力を調節するためのタービン発電機ユニツトに
   於けるボイラータービン制御システムであって、タービ
   ン制御弁の被測定開度が所望開度を表わす設定点に相当
   するようになるまで絞り圧力の設定点Ｐ＿ｓを変更する
   手段１１５，１２２を含むことを特徴とする制御システ
   ム。