JPS6119833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力発電所の給水系統に使用される
給水流量制御方法及びその装置に関する。

従来の給水制御系統を第１図に示している。第
１図で、管路系統の実線で示し、制御信号ライン
は点線で示している。この図は給水ポンプ１と給
水昇圧ポンプ３とよりなる給水系統を２つ（系統
１００と１０１）持つている。この他に、図に示
すように他の機器用に管路が接続されることがあ
る。２つの給水系統の出口側は、１つの管路とな
り、この管路１０２はボイラに連通されている。
更に、系統１００と１０１との給水昇圧ポンプ３
の出側にバイパス路１０３を設け、給水ポンプ１
の出側にバイパス路１０４を設けた。このバイパ
ス路１０３の途中には過熱保護装置５を設け、バ
イパス路１０４の途中には過熱保護装置４を設け
た。この過熱保護装置４，５は、開閉弁であり、
特に、給水昇圧ポンプ３と給水ポンプ２の過熱防
止のために設けた。過熱保護装置４，５はミニマ
ムフロー（最小必要流量）弁又は再循環弁とも呼
ばれる。以下では、ミニマムフロー弁と称する。

ミニマムフロー弁４，５の出側は、系統１００
と１０１とに接続されており、ミニマムフロー弁
４，５を通つて給水は系統１００と１０１とにリ
ターンする構成となる。

ミニマムフロー弁４，５を設けた理由は以下と
おりである。

給水ポンプ１はボイラ給水を加圧してボイラに
供給するために設けられるものであり、この給水
ポンプ１は一般には、ボイラ給水ポンプタービン
（BFPタービン）により駆動され、ボイラ側から
のデマンドに実際の給水ポンプ１の吐出量（主給
水流量検出器６で検出する）が一致するように
BFPタービンの供給蒸気量を制御する。

然るに、デマンドがある値以下になると、所定
のポンプ吐出圧力を確保しつつ、実際の吐出量を
デマンドに一致させることができなくなるので、
一定値（ミニマムフロー）の流量を保つように制
御される。このミニマムフロー以下だと給水ポン
プは過熱してしまう。従つて、ミニマムフロー弁
などの保護手段を持たない給水系統では、ミニマ
ムフロー以下になると給水ポンプの運転を停止さ
せなければならない。

然るに、ボイラに給水している給水ポンプにあ
つては運転停止は好ましくない。そこで、ミニマ
ムフロー弁４を設けた。このミニマムフロー弁４
は、デマンドがミニマムフローよりも大である時
には閉じておく。デマンドがミニマムフローより
も小になつた時に、ミニマムフロー弁４を開く。
この弁４はON―OFF弁でなく、ON時にはその
開度が連続的に変更可能な弁とする。

今、デマンドがミニマムフローよりも小になつ
たとする。すると、給水ポンプ１がミニマムフロ
ーを吐出するように運転する。デマンド量をｄ、
ミニマムフローをFminとする。ボイラ側ではｄ
を必要とするが、給水ポンプ１の吐出量はFmin
である。従つて、給水ポンプ１の出側で系統１０
２へはｄを送出しなければならず、残りの
（Fmin―ｄ）の行き先が問題となる。そこで、
（Fmin―ｄ）の量をバイパスすべく弁４を開く。
この弁４の開度は（Fmin―ｄ）対応値である。
弁４の出側は系統１００，１０１へと接続されて
おり、弁４の出側流量は系統１００，１０１への
リターンする。

尚、以上は系統１００，１０１を一緒にして説
明したが、実際は、系統１００と１０１とは別々
の系統であり、系統１００に対しては図の左側の
給水ポンプ１が、系統１０１に対しては図の右側
の給水ポンプ１が独自にミニマムフローに対処
し、対応する弁４が独自に対処することとなる。

更に、ミニマムフローは給水昇圧ポンプ３につ
いても考慮されるできとなる。そのために、ミニ
マムフロー弁５を設けた。考え方は上述と同じで
ある。

さて、第１図の動作説明に戻る。

ポンプ１は、ポンプ駆動装置２によつて運転制
御される。このポンプ駆動装置２は、前述した
BFPタービンを含む。この駆動装置２は、流量検
出器７の検出流量値、デマンド、流量検出器６の
検出流量値とを入力する。そして、ポンプ吐出量
がデマンドと一致するようにポンプ１を駆動す
る。

流量制御装置９は、ミニマムフロー弁４の開閉
制御を行う。流量検出器７の検出値がミニマムフ
ローよりも大である時には、弁４は閉じておき、
ミニマムフローよりも小になつた時に、（Fmin―
ｄ）の流量を流すべく弁４を開くように弁４に制
御信号を与える。この時の弁開度は（Fmin―
ｄ）相当値である。

流量制御装置１０は、ミニマムフロー弁５の開
閉を制御する。流量検出器８の検出値がミニマム
フロー以上であれば、ミニマムフロー弁５を閉じ
ておき、流量検出器８の検出値がミニマムフロー
以下であれば、弁５を（Fmin―ｄ）相当開度と
し、（Fmin―ｄ）となる流量を通す。但し、ミニ
マムフローはポンプの種類や規模によつて変化す
る故、ポンプ１とポンプ３とではFminは当然に
異なる。

第９図には、プラント負荷と流量との関係を示
す。領域は、デマンドｄがｄ＞Fminの時の特
性を示し、この状態のもとではポンプを駆動する
BFPタービンを制御してポンプの吐出量をデマン
ドｄに一致させることができる。然るに、領域
で示すｄ≦Fminの時には、ポンプの吐出量は
Fminとなり、ミニマムフロー弁４の流量を
（Fmin―ｄ）とすることにより、ボイラへのデマ
ンドを満足する。このことは、ポンプ５について
も同様である。

ポンプ３用にミニマムフロー弁５を設けた理由
は、系統１００，１０１から他の機器への配管が
第１図に示すようにブランチしている場合にも役
立つものである。即ち、給水ポンプ１が停止して
おり、ポンプ３が運転して他の機器に流量を供給
している場合、ポンプ３のミニマムフローが問題
となる。

ミニマムフローの状態が現われるのは、デマン
ドの低下による。このデマンドの低下は、所定負
荷単独運転移行時及び負荷急絞り時（ローバツク
時）などの給水流量の絞りが急激となる時に発生
する。従つて、ミニマムフローのものでの運転は
正常運転時にも発生する。

ミニマムフロー弁４，５の流量制御装置９，１
０による制御は、電磁リレー等によつて行うもの
である。

さて、ミニマムフロー弁４，５を開く場合、運
転条件によつては、圧力脈動を生ずることがあ
る。

このことを第１０図で説明する。

弁４のみが作動し、弁５が作動しない（即ち、
全閉）時には、圧力脈動は発生しない。給水ポン
プ１は吐出圧が高く、慣性が大きいため弁４が開
いても、ポンプ１の運転に大きな悪影響はない。

然るに、ポンプ１の運転中（当然にポンプ３も
運転中）に弁５が開くと圧力脈動が生ずる。その
理由は、ポンプ３が低揚程であるためポンプ１に
比べると慣性が小さく、弁５が開くと急速に流量
が増大し、吸込み側圧力脈動を引き起すためであ
る。第１０図に示すＱ―ＨカーブでＡ点で運転し
ていたものが吐出圧がδｐ下るとＢ点に移り、急
激に流量が増えようとし、吸込側にキヤビテーシ
ヨンを発生させる。ポンプ３の吸込側の圧力脈動
は、吐出側の脈動となりポンプ１の吸込圧力が変
動することになり、この脈動がポンプ１で更に増
巾され、ウオーターハンマーなどの現象をも引き
起すことがある。

第２図は脈動原因の説明図である。弁４，５に
対して同一時刻で開指令があり、ａ，ｂに示す如
く、弁５が弁４よりも先に開になつたとすると、
弁４が開になつた時点で前述の理由で圧力脈動が
発生する。一方、ａ，ｃに示すように、弁４と５
が同時に開になつた場合でも、弁５の開度の制御
が急傾斜であれば圧力脈動が生ずる。

第３図では、弁５の開によつてポンプ３の吸込
圧力が脈動する様子を示す。第４図では、弁５の
開によつて更に給水ポンプ１の吸込圧力にまで影
響が及び圧力脈動が生ずる様子が示される。

本発明は上記欠点を解消し、急激な給水量変化
時の給水／復水系統におけるウオーターハンマー
現象を軽減させる給水流量制御方法およびその装
置を提供することを目的とするものである。

本発明の要旨は以下となる。弁４が正常に動作
している時には、ポンプ１及び３のミニマムフロ
ー弁４のみによつて確保する。弁４が正常に動作
していない時には検出器８の検出値が設定値以下
の条件で弁５を開き、ミニマムフローを確保す
る。

第５図は本発明の実施例図である。第１図と同
一内容を示す。本実施例では流量制御装置１０の
代りに流量制御装置１１を設けた点に特徴を持
つ。この流量制御装置１１は、流量検出器７，８
の検出流量信号、吸込弁３０、弁４の開度信号と
を取込み、弁５の開閉制御を行う。

第６図はこの流量制御装置１１の内部構成を示
す。この流量制御装置１１は、給水ポンプ用吸込
流量検出器７に接続する給水ポンプ１の吸込流量
低下、即ち、ミニマムフローFmin以下か否かを
判断する装置１７と、給水ポンプ用弁４に接続
し、その弁４の正常状態を判断する装置１８と、
給水昇圧ポンプ用吸込弁３０の操作装置１９と、
前記吸込流量低下判断装置１７に接続するタイマ
ー２０およびワイプアウト２２と、前記弁４の正
常状態判断装置１８に接続するタイマー２１とワ
イプアウト２２およびタイマー２１に接続するア
ンド回路２３と、アンド回路２３および給水昇圧
ポンプ用吸込弁３０の操作装置１９に接続するオ
ア回路２４と、オア回路２４に接続する給水昇圧
ポンプ用弁５の操作装置２６と、オア回路２４に
ノツト回路２５を介して接続する給水昇圧ポンプ
用弁５の制御・停止信号発生装置２７から構成さ
れている。

装置１８でのミニマムフロー弁４の正常状態と
は、ミニマムフロー弁４が正常に動作しているこ
とを云う。弁は外部からの開度指令が出た時に、
その開度指令に従つた開度まで開くのが正常であ
る。逆に開度指令に対して応答せず、閉じたまま
になつているのが異常である。装置１８ではミニ
マムフロー弁４が正常であるか異常であるか判断
し、正常な時には正常である旨の出力を出す。論
理的には“１”出力を出せばよい。

ワイプアウト２２とは、吸込流量が規定値以下
でもタイマー２０の設定時間が経過するまで規定
値以下を示す信号をしや断する機能を果す。

タイマー２０は、給水ポンプの無水許容時間相
当値のタイマー時間を持つ。無水許容時間とは、
給水ポンプ１の吐出量がミニマムフロー値Fmin
以下で継続して運転できる許容時間である。この
無水許容時間は、ポンプの種類や容量によつて決
まる値である。この無水許容時間を越えてミニマ
ムフロー以下で運転するポンプは過熱する。

タイマー２１はタイマー２０と同様の機能を果
す。従つてタイマー２１と２０とは同一タイマー
時間であつてかまわない。

動作を説明する。

弁４は制御装置９の働きにより第１図と同様に
制御を受ける。今、弁５が全閉で弁４のみが作動
している時には、給水ポンプ１の吸込み圧力の脈
動が小さいので、第７図、第８図にような特性２
８，２９となる。

弁４が正常なときには、弁５を全閉にしておい
ても、ミニマムフローは弁４によつて確保される
のでポンプ１及び３が過熱することはない。これ
を第６図で説明する。タイマー２０，２１のタイ
マー時間以上にわたつて検出器７の検出値がミニ
マムフロー以下であることを装置１７が検出し、
且つ弁４に異常がなければアンドゲート２３が
ONし、オアゲート２４を介して操作装置２６が
働き弁５を全閉にする。第６図では弁４への制御
を示していないが、これは制御装置９が独自で実
行できるためである。即ち、弁４が正常である故
に、制御装置９はミニマムフローFminを確保す
べく弁４を開くことができる。

一方、弁４に異常があると、制御装置９は弁４
の開度調整を実行できないことになる。そこで、
装置２７が役割を果し、弁５の開度制御を行い、
ミニマムフローの確保を行う。更に、ポンプ１が
停止しておりポンプ３がブランチへのみ給水を供
給しているときには、ポンプ３の吸込流量が所定
値以下のとき弁５を開いてポンプ３の保護をはか
る必要がある。この場合にも弁４ではなく弁５を
開度制御することとなる。これを第６図で説明す
る。弁４の異常は、装置１８が判断でき、従つて
出力は出さない。この結果、アンドゲート２３が
オフとなり、オアゲート２４を介してインバータ
２５で“１”となる。インバータ２５の出力
“１”により装置２７は弁５をその制御下に入れ
る。第５図から明らかなように流量検出器８の検
出流量を制御装置１１は取込む。これはミニマム
フローFminであるか否かの点検のためである。
ミニマムフローFmin以上であれば弁５を開ける
必要はない。従つて、装置２７は、検出器８の検
出値がFmin以上であれば、開度指令は出さな
い。即ち停止指令を出す。検出器８の検出値が
Fmin以下であれば、弁５を開く制御指令を出
し、弁５を開く。第１１図は第６図のタイムチヤ
ートを示す。

更に、本実施例では、吸込弁３０が全閉になつ
ているか否かの条件を装置１９で加味している。
吸込弁３０が全閉であれば、系統１００，１０１
には給水流量は流れず、従つてポンプ１，３は停
止、弁４，５は全閉となつていなければならな
い。第６図での装置１９は、この吸込弁３０の全
閉の条件下では装置２６を通じて弁５を全閉によ
るとの条件を述べたものである。尚、吸込弁３０
は必ずしも必要なものでなく、且つ吸込弁３０の
全閉による制御も特に新しいものではない。

本発明によれば、ウオーターハンマー現象によ
る圧力脈動を防ぐことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例図、第２図，第３図，第４図，
第９図，第１０図はその説明図、第５図は本発明
の実施例図、第６図は流量制御装置の実施例図、
第７図，第８図は本実施例の効果説明図、第１１
図はタイムチヤートである。 １…給水ポンプ、３…給水昇圧ポンプ、４，５
…ミニマムフロー弁、６，７，８…流量検出器、
２…ポンプ駆動装置、１１…流量制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給水昇圧ポンプと、該給水昇圧ポンプの出側
   に設けられた給水ポンプと、上記給水昇圧ポンプ
   用のミニマムフロー弁と、上記給水ポンプ用のミ
   ニマムフロー弁とを備えた給水制御系統におい
   て、給水ポンプの吸込流量がミニマムフロー以下
   と給水ポンプ用ミニマムフロー弁が正常状態との
   両者の同時成立の条件下では、上記給水昇圧ポン
   プ用ミニマムフロー弁を全閉とし、該同時成立以
   外の条件（即ち同時不成立か、いずれか一方のみ
   の成立のいずれかの条件）下では、給水昇圧ポン
   プへの吸込量がミニマムフロー以下であれば給水
   昇圧ポンプ用ミニマムフロー弁を開制御とし、給
   水昇圧ポンプへの吸込量がミニマムフロー以上で
   あれば給水昇圧ポンプ用ミニマムフロー弁を全閉
   とさせる給水流量制御方法。 ２ 給水昇圧ポンプと、該給水昇圧ポンプの出側
   に設けられた給水ポンプと、上記給水昇圧ポンプ
   用のミニマムフロー弁と、上記給水ポンプ用のミ
   ニマムフロー弁とを備えた給水制御系統におい
   て、給水ポンプの吸込流量を検出する第１の流量
   検出器と、給水昇圧ポンプの吸込流量を検出する
   第２の流量検出器と、該第１の流量検出器の検出
   値がミニマムフロー以下であるか否かを判断する
   第１の手段と、上記給水ポンプ用ミニマムフロー
   弁が正常か否かを判断する第２の手段と、該第
   １、第２の手段の出力を無水許容時間タイマーを
   介して取込み論理積をとるアンドゲートと、該ア
   ンドゲートの出力が“１”の時に上記給水昇圧ポ
   ンプ用ミニマムフロー弁を全閉とし、アンドゲー
   トの出力が“０”の時で上記第２の流量検出器の
   検出値がミニマムフロー以下の時に上記給水昇圧
   ポンプ用ミニマムフロー弁を開制御し、アンドゲ
   ートの出力が“０”の時で上記第２の流量検出器
   の検出値がミニマムフロー以上の時に上記給水昇
   圧ポンプ用ミニマムフロー弁を閉とするミニマム
   フロー弁流量制御手段と、よりなる給水流量制御
   装置。