JPS6062606A - 蒸気タ−ビン圧力変化率制限方法および装置 - 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　背　景 本発明は蒸気タービンに関Ｊるものであり、更に詳しく
は蒸気タービン用の制御システムに関Ｊるものである。

更にもっと詳しくは、本発明はボイラーから蒸気タービ
ンへの水のキャリオーバ（ｃａｒｒｙｏｖｅｒ　）によ
って生じるタービンの損傷の危険性を少なくする手段に
関りるものである。

蒸気タービンはボイラーにより発生された蒸気の供給を
受けて動作するように設ｉ１されている。

動作のいくつかの段階では、蒸気とともに水力〈蒸気タ
ービンに入ってしまう危険性がある。水のキャリオーバ
は、それによって生じる機械的振動と熱衝撃により蒸気
タービンの寿命が短縮したり直ちに永久的な損傷を受け
ることがあるので好ましくない。

水のキャリオーバは、例えば、現存のボイラーの然気発
生能力に対して蒸気の需要が過大である場合、あるいは
蒸気の需要に比べて蒸気の供給が不充分である場合に生
じる。この２つの状態は類似のものと考えられるかも知
れないが、原因によって大まかに区別することができる
。蒸気の需要が過大になるのは、例えば、蒸気タービン
に供給される蒸気の増加率がボイラーの蒸気発生の増加
率より大ぎくなる始動時である。この不一致の原因とし
ては、蒸気タービンがそれに供給される余分な熱気に素
早く応動できるのに対して、ボイラーは応答の遅い熱源
に依存しているので対応する割合で出力を増加さゼるこ
とができないことによる。このことが特にあてはまるの
は石炭燃料ボイラーである。蒸気の供給が不充分になる
のは、例えば、ボイラー内の火力不足、ボイラー制御器
内の問題、またはボイラー設定値の選定が不適切である
ことに起因する。

たとえば、発電機を駆動する蒸気タービンの始動の際、
蒸気タービンは無負荷、又はせいぜい軽負荷の状態で手
動により又は自動的に運転速度まで速度上昇される。こ
のとき発電機が作動され、そして蒸気タービンに供給さ
れ蒸気流を自動的に又は手動で増加さけることにより蒸
気タービンのトルク出力が徐々に増加する。理想的には
、発生される蒸気は蒸気流と同じ割合で増加させな【プ
ればならない。しかし、上記の通りのように、特に石炭
燃焼ボイラーの場合には、蒸気タービンとボイラーの応
答を完全に一致させることはできない。

したがって、少なくとも始動の際はボイラー圧力は限界
内で変化できるようにしなければならない。

しかし、ボイラー圧力が非常に急速に且つ非常に低い値
まで低下したときは、水のキャリオーバが起り得る。

水のキャリオーバを防ぐ１つの方法は、蒸気圧力が固定
または可変のＩｉｌ値より低い値まで低下したとき蒸気
流を手動により又は自動的に減少さぜるか遮断するもの
である。この閾値による方法は、ボイラー圧力の変化率
が蒸気弁制御システムの応答能力を超えることのあるよ
うな始動の際には適切でないことがある。蒸気弁制御シ
ステムが更に蒸気圧力の変化率にも応答するようにすれ
ば、水のキャリオーバが起りそうな状態を充分に早く予
測して、蒸気弁制御システムにより蒸気流をタイミング
よく制御する方法が得られる。

蒸気圧力変化率の制御は魅力的ではあるが、解決べき問
題がある。周知のように、蒸気タービンは、特に公益電
気事業施設では数ケ月から数年の間、中断せずに動作さ
れる。更に、時々急速な圧力変動が生じることがあるが
、上記のような長い期間にわたって非常にゆっくりした
圧力変化も追跡しなければならない。したがって、公益
電気事業施設のための制御装置は安定であり、かつドリ
フトの無いものでなければならない。従来技術の変化率
測定装置はドリフトがあるので、この用途には望ましく
ない。

１３４日を吐土ｆｉＬ したがって、本発明の１つの目的は従来技術の欠点を除
去した蒸気タービン用制御システムを提供することであ
る。

本発明のもう１つの目的はボイラー蒸気圧力の負の変化
率に応答して、蒸気タービンに供給される蒸気を制御す
る蒸気タービン用制御システムを提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は負の変化率の閾伯を超え
た蒸気圧力の負の変化率に応答して、蒸気制御弁の設定
値を減少させるような蒸気圧力変化率制限装置を提供す
ることである。フロア（ｆｌｏｏｒ）回路は蒸気制御弁
が完全に閉じるのを防止して、タービンの冷却にそなえ
て所定の最小蒸気流を供給させる。

本発明の一面によれば、ボイラー、蒸気制御弁、および
タービンを備えた型式の蒸気タービン・システムにおけ
る最大圧力低下率を制限ジるための装置が提供され、こ
の装置は、低下率が所定の閾値を超えるようなボイラー
蒸気圧力の低下を検出Ｊる手段、この検出手段に応答し
て蒸気制御弁の設定値を減少させる手段、およびこの設
定値減少手段が蒸気制御弁の設定値を完全遮断状態にま
で減少させるのを防止して、上記タービンに対して少な
くとｂ最小の蒸気流を維持させる手段を有する。

本発明の１つの特徴に従えば、ボイラー、蒸気制御弁、
およびタービンを備えた型式の蒸気タービン・システム
における最大圧ノ〕低下率を制限するための方法が提供
され、この方法は、低下率が所定の閾値を超えるような
ボイラー蒸気圧力の低下を検出するステップ、閾値を超
える低下率に応答して蒸気制御弁の設定値を減少させる
ステップ、および上記設定値減少ステップによって蒸気
制御弁の設定値が完全遮断状態にまで減少するのを防止
して、タービンに対して少なくとも最小の蒸気流を維持
させるステップを有する。

簡略して言うと、本発明は、蒸気圧力の低下率が閾値を
超えたことを検出したとき蒸気制御弁の設定値を減少さ
せる蒸気タービン制御システム用蒸気圧力変化率制限装
置を提供する。ターどンの冷却にそなえてタービンに対
して所定の蒸気流量を維持するように蒸気制御弁のフロ
ア制御が設けられる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は図面
を参照しての以下の説明により明らかとなろう。図面に
於いて、同じ部品は同じ参照番号で表わしである。

好ましい実施例の説明 第１図には本発明を適用し得る蒸気タービン・システム
が示されており、全体を参照番号１０で表わしである。

蒸気タービン・システム１０は通常のボイラー１２を含
み、ボイラー１２で水が加熱、好ましくは過熱されてか
ら、蒸気制御弁１４を通ってタービン１６に供給される
。タービン１６はシャツ］・１７上に出力を発生ずる。

通常のように、ボイラー１２は蒸気発生のために例えば
燃料油、石炭等の通常の燃料を供給して燃焼する燃料供
給および燃焼システム（図示せず）を含む。

蒸気はタービン１６の中で膨張することによりその熱エ
ネルギーのかなりの部分を放出した後、復水器１８によ
り水となる。この水は再びボイラー１２に戻されて、シ
ステムの中を更に循環する。蒸気制御弁１４はサーボ制
御弁であり、その開閉状態は点線２０で示されるように
弁制御器２２からの機械的入力によって制御される。

動作について説明すると、・制御盤２６で手動により又
は自動的に発生された信号が制御線２４を介して弁制御
器２２に与えられる。この信号はシャフト１７の所望速
度、並びにシャフト１７から、例えば発電１（図示せず
）に与えられるトルク出力を選択する。

制御盤２６および弁制御器２２の関連部品を第２図に示
しである。以下、第２図について説明する。

制御１２６には制御信号を発生する手段が設けられてい
る。、これらの制御信号は蒸気タービン・システム１０
の弁制御器等で使用されるこれらの制御信号を発生する
手段は電気機械的にプログラミングされた装置、遠隔制
御装置、コンピュータ装置等の任意の通常の形式のもの
であってもよい。これらの制御信号はアナログ直流また
は交流信号のいずれであってもよいし、あるいはディジ
タル信号であってもよい。図では、制御盤２６は可変抵
抗を含みものとして示されて−おり、これらの可変抵抗
は例えば手動で調節され、直流分圧器として動作して直
流制御信号を発生する。

速度指令発生器としての可変抵抗３４が速度指令信号を
発生し、この信号は線２４ａを介して弁制御器２２内の
加算器３６のプラス（＋）入力に与えられる。加算器゛
３６のマイナス（−）入力には、Ｐ；１３２の速度帰還
信号又はタコメータからの信号が印加される。指令され
た速度と測定された速度との差が速度誤差信号であり、
この誤差信号は線３８を介して加算器４０のプラス（十
）入力に与えられる。弁位置指令発生器としての可変抵
抗４２が弁位置指令信号を発生して、線２４ｂを介して
加算器４０のプラス（＋）入力と加算器４４のプラス（
＋）入力に供給する。フロア設定器としての可変抵抗４
６がフロア信号を発生して、線２４ｃを介して加算器４
４のプラス（＋）入ノｊに供給する。蒸気圧力の過大な
低下率に関連した信号が線４８を介して加算器４０のマ
イナス（−）入力に与えられる。

加算器４０の出力は所望の弁位置を表わし、線５０を介
して加算器５２のプラス（＋）入力に与えられる。線２
０を介して弁位置帰還信号が加算器５２のマイナス（−
）入ノコに与えられる。加算器５２の出力は弁位置帰還
信号であり、これは線５４を介して蒸気制御弁１４（第
１図）用のサーボ制御器に与えられる。

通常、蒸気タービンは、特に公益電気事業施設では、正
確にその指令された速度またはその近くで運転される。

したがって、加算器３６から加算器４０へ与えられる通
常の速度誤差信号はゼロである。

更に、通常の運転時に於いては蒸気圧力は線４８に信号
を発生するような変化率で低下しない。したがって、＄
２４８の信号は通常ゼロである。このため通常の運転時
には、加算器４０の出力は、線２４を介して加算器４０
に供給される弁位置指令信号に直接応答する。したがっ
て通常の運転時に（ま、蒸気制御弁１４の開閉は弁位置
指令信号と弁位置帰還信号との差に直接応答する。弁位
置は第一近似で蒸気タービンの出ツノを定める。したが
って、上記の差は出力を制御する。

全体を５６で表わした圧力変化率監視回路は蒸気圧力が
過大な低下率で低下していないが監視する。

このような過大な低下率を検出した場合、圧力変化率監
視回路は少なくとも部分的に蒸気制御弁１４を閉じるよ
うに働く信号を線４８に発生ずる。圧力変化率監視回路
５６は以下に更に詳しく説明する変化率検出器５８を含
む。圧り変化率検出器５８は線２８の圧力信号を監視し
、圧力変化率が閾値を超えた場合、変化率が閾値を超え
た分に比例する出力信号を線６０に発生する。蒸気圧力
の負の変化だ【）に関心があるので、ダイオード６２を
設けて、過大な蒸気圧力の低下に応じて発生される極性
の信号を通過させ、逆極性の信号を阻止する。線６ｏの
圧ツノ変化率信号は加算器６４のマイナス（−）入力に
与えられる。

制御盤２６の最小変化率発生器としての可変抵抗６６が
ノｄ小変化率信号を発生して、線６８を介して加算器６
４のマイナス（−）入力に供給する。全体を７０で表わ
し１＝成形回路が演算増幅器７２を含む。演算増幅器７
２の出力と負（−）入力との間の帰還路には値の大きな
積分コンデンサ７４ど可変抵抗７６が直列に設けられて
いる。可変抵抗７８は演算増幅器７２の出力の一部を加
算器６４のプラス（＋）入力に帰還づる。演算増幅器７
２の出力は線４８の過大蒸気圧力変化率信号であり、こ
れは上限比較器８０および下限比較器８２のプラス（＋
）入ノ〕に与えられる。

上限比較器８０のマイナス（−）入力は加算器４４の出
力を受りる。下限比較器８２のマイナス（−）入ノＪは
接地されている。上限比較器８０の出力はダイオードの
ＰＡ極−陰極径路および抵抗８６を介して演算増幅器７
２の入力に与えられる。同様に、下限比較器８２の出ツ
ノはダイオード８８の陰極−陽極径路を介して演算増幅
器７２の入力に与えられる。加算器６４の出力はダイオ
ード９２の陽極−陰極径路を介して可変抵抗９４に与え
られる。可変抵抗９４に与えられた電圧の一部が演算増
幅器７２の入力に与えられるつ 線６８の最小変化率信号は加算器６４に対する残りの入
ノ〕信号から減算されるが、この信号は、小さ過ぎて補
正できないような圧力変化率信号を生じさせる圧力変化
を無視できるようにする。このように最小変化率信号を
発生する可変抵抗６６は変化率の閾値として外部から調
節可能なバイアスを与えるものである。

次に、第３図には変化率検出器５８の一実施例の簡略化
したブロック図を示しである。線２８の圧力信号は加算
器９６のプラス（＋）人力および比較器９８のプラス（
十）入力に与えられる。積分器１ｏＯは比較器９８の出
力を受け、その人ツノを線形積分し、その出力を加算器
９６のマイナス（−）入力と比較器９８のマイナス（−
）入力に与える。比較器９８は通常の型式のもので、そ
のプラス（＋）入力の電圧がそのマイナス（−）入力の
電圧を超えたとき一定の正電圧出力を発生し、そのプラ
ス（＋）入力の電圧がそのマイナス（−）入力の圧力よ
り低いとき一定の負電圧出力を発生ずる。このようにし
て積分器１００はその出力が線２８の圧力信号に正確に
等しくなるまで一定速度で増大する向きまたは減少する
向きに積分することになる。積分器１００が積分できる
一定速度が蒸気圧力信号の増加または減少の速度より早
い場合には、積分器１００の出力は圧力信号を正確に追
跡することができる。

そして加算器９６での減算プロセスの結果として、線６
０にゼロ出力が得られる。蒸気圧力の変化率（そして特
に関心のある蒸気圧力の低下率）が積分器１００が積分
できる速度を超えた場合には、積分器１００の出力はも
はやその入力を追跡しない。

したがって、加算器９６から出りされる差信号はもはや
ゼロではなくて、蒸気圧力変化率の時間積分が積分器１
００の一定積分速度によって定まる変化率の閾値を超え
た量に比例する有限の値を持つ。

積分器１００はアナログ、ディジタル等任意の都合の良
い形式をとることができる。しかし好ましい実施例では
積分器１００はディジタル装置であり、第４図はその実
施例を示す。以下、第４図について説明する。一定値の
正または負の入力信号がアンド・ゲート１０２の一方の
入力に直接与えられると共に、インパーク　１０４を介
してアンド・ゲート１０６の入力に与えられる。りＯツ
ク１０８は一定周波数で出力パルスを発生し、これらの
出力パルスはアンド・ゲート１０２の第２の入力および
アンド・ゲート１０６の第２の入力に与えられる。アン
ド・ゲート１０２の出力はアップダウン・カウンタ１１
０の増数人力に与えられる。アンド・ゲート１０６の出
力はアップダウン・カウンタ　１１０の減数入力に与え
られる。アップダウン・カウンタ　１１０の中の数値の
づべてのビットは常に複数の線１１２を介して並列にデ
ィジタル／アナログ変換器の入力に与えられる。このデ
ィジタル／アナログ変換器１１４はその入力のディジタ
ル値に比例して変化する直流出力電圧を発生ずる。

クロック１０８の出力パルス周波数を高くまたは低くな
るように調節することにより、出力信号を送出する蒸気
圧力変化率の閾値を変えることができる。

第２図に戻って、圧力変化率監視回路５６の動作を説明
する。変化率検出器５８で負方向にその内部の変化率閾
値を超えると、変化率検出器５８からの負信号が加算器
６４の出力を正に駆動しようとする。

線６８の正の最小変化率信号は変化率信号がこの同値（
最小変化率）信号を超えるまで加算器６４の出力が正に
なるのを妨げる。

成形回路７０、上限比較器８０および下限比較器８２が
なければ、加算器６４の出力は線４８を介して加算器４
０のマイナス（−）入力に直接接続されることになり、
加算器４０は蒸気！、ＩＩＩ弁１４を比例的に閉じるよ
うに働く信号を発生する。成形回路７０が存在するため
、加算器４０に与えられる信号の直流利得を可変抵抗７
８を使って制御することができる。更に、蒸気圧力に非
常に急速な、又はステップ状の過・波状態が生じた場合
、このような過渡信号を蒸気制御弁１４に与えることは
望ましくない。したがって、演算増幅器７２の帰還路の
積分要素、即ちコンデンサ７４および可変抵抗１６、な
らびに可変抵抗９４によって、蒸気制御弁１４のｔ、１
１部を行う前の制御信号の積分または平滑の一制御を行
うことができる。

タービンの冷加にそなえて、タービン１６を通る蒸気を
少なくとも最小流量に維持することが望ましい。このた
めの手段がない場合には、線２４ｂの弁位置指令信号が
比較的低い値のとき、蒸気圧力が急速に低下すると蒸気
制御弁１４が完全に閉じられて所要の最小蒸気流が維持
されないことがある。

加算器４４と上限比較器８０はこのような現象が起きな
いようにする。弁位置指令信号はほぼゼロから正の値＋
■まで変えることができる。しかし、加算器４４に与え
られる線２４ｃの正のフロア信号は、弁位置指令信号が
ほぼゼロまで下げられたときでも加算器４４の出力がフ
ロア信号の値よりも低くならないようにする。演算増幅
器７２の出力が加算器４４の出力より低くなろうとした
とき、上限比較器８０の出力は高レベルから低レベルに
変わる。これにより、蒸気制御弁１４を閉じようとづる
線４８の信号の増大が防止される。

下限比較器８２は、弁位置指令により指令された弁位置
よりも更に蒸気制御弁１４を開くように鋤く演算増幅器
７２の出力の負への変化を防止する。演算増幅器１２の
出力が負になろうとしたとき、下限比較器８２の出力が
高レベルから低レベルに変わって、演算増幅器７２の出
力電圧をゼロ以上に増加させる方向にその入力を駆動す
る。

以上、図面により本発明の好ましい実施例を説明してぎ
たが、本発明はこのような実施１例に限定されるもので
はなく、当業者は特許請求の範囲に記載された本発明の
範囲から離れずに種々の変更と変形を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するために参照する蒸気タービン
とその制御システムの簡略化したブロック図である。第
２図は第１図の制御盤と弁制御へ詳細なブロック図であ
る。第３図は第２図の変化率検出器の簡略化したブロッ
ク図である。第４図は第３図の積分器の詳細な論理図で
ある。 （主な符号の説明） １４・・・蒸気制御弁、 １Ｇ・・・蒸気タービン、 ５６・・・圧り変化率監視回路、 ７０・・・成形回路、 ８０・・・上限比較器、 ８２・・・下限比較器、 １００・・・積分器、 １０２　、ｉｏｅ・・・アンド・ゲート、１０４・・・
インバータ、 １０８・・・クロック、 １１２・・・アップダウン・カウンタ、１１４・・・デ
ィジタル／アナログ変換器。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ボイラー、蒸気制御弁およびタービンを備えた
   型式の蒸気タービン・システムにおける最大圧力低下率
   を制限Ｊる装置に於いて、所定周波数のクロック信号を
   発生するクロックと、アップダウン・カウンタと、ゲー
   ト手段を含むディジタル積分器であって、上記ゲート手
   段は、上記積分器の出ツノが蒸気圧力に関連した信号を
   超えたとき増数または減数の内の一方の計数を行わせる
   第１の向きに上記アップダウン・カウンタに上記所定周
   波数を供給し、また上記積分器の出力が上記蒸気圧力に
   関連した上記信号より小さいときは増数または減数の内
   の他方の計数を行わせる第２の向きに上記アップダウン
   ・カウンタに上記所定周波数を供給し、上記アップダウ
   ン・カウンタには計数値が蓄積されるディジタル積分器
   、ならびに、上記アップダウン・カウンタの上記計数値
   と上記蒸気圧力に関連した上記信号との差に比例して上
   記蒸気制御弁の設定値を減少させる手段、を有すること
   を特徴とする最大圧力低下率を制限する装置。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の装置に於いて、
   上記所定クロック周波数が最大積分速度を設定するよう
   に働き、上記最大積分速度が上記最大圧力低下率を設定
   するように働く装置。 （３〉　特許請求の範囲第（２）項記載の装置に於いて
   、上記ゲート手段が上記積分器の出力と上記蒸気圧力に
   関連し１コ信号との差をめる手段を含み、上記差をめる
   手段の出力は上記低下率が所定変化率より小さいときほ
   ぼゼロとなり、上記低下率が上記所定変化率を超えたと
   きはぞの超え７ｊ　ｍに比例した値となる装置。 （４）　特許請求の範囲第（３）項記載の装置に於いて
   、上記蒸気制御弁設定値を減少させる手段が上記蒸気制
   御弁の完全遮断状態への設定を防止する手段を含み、こ
   れにより上記蒸気タービンに対して少なくとも最小蒸気
   流量を維持する装置。 （５）　特許請求の範囲第（３）項記載の装置に於いて
   、上記防止する手段が上記蒸気制御弁の少なくとも所望
   の最小位置に関連したフロア信号を発生Ｊ°る手段、お
   よび上記フロア信号に応答して上記蒸気制御弁設定値を
   減少させる手段の出力を制限する手段を含んでいる装置
   。 （６）　特許請求の範囲第（５）項記載の装置に於いて
   、上記フロア信号を発生する手段が更に弁位置指令信号
   にも応答して上記フロア信号を発生ずる装置。 （７）　特許請求の範囲第（１）項記載の装置に於いて
   、上記蒸気制御弁設定値を減少させる手段が弁位置指令
   信号と上記ディジタル積分器からの信号との差をめて所
   望の弁位置を定める手段を含ｌυでいる装置。 （８）　ボイラー、蒸気制御弁、およびタービンを備え
   た型式の蒸気タービン・システムにおける最大圧力低下
   率を制限する方法に於いて、上記圧力がアップダウン・
   カウンタ内の計数値を超えたときは上記アップダウン争
   カウンタ内で所定周波数のクロックパルスを第１の方向
   に３１数し、上記圧りが上記計数値より小さいときは第
   ２の方向に計数するステップ、上記計数値と上記圧力と
   の差をめて圧力変化率信号を発生ずるステップ、Ｊ３よ
   び上記圧力変化率信号に応じて上記蒸気制御弁の設定値
   を減少させるステップを有し、上記所定周波数が上記圧
   力変化率信号を発生Ｊるために必要な蒸気圧力変化率の
   開鎖を定めることを特徴とする方法。