JPS6124521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気タービンの制御装置、より詳細に
は、タービンバイパスシステムを有する蒸気ター
ビン制御系における高圧排気室出口逆止弁の制御
手段を備えた蒸気タービンの制御装置に関する。

最近の火力発電プラントに於いてはタービン低
負荷域あるいは停止中のボイラからの発生蒸気を
増加させ、ボイラの安定化等を目的としたタービ
ンバイパスシステムが設置される事が多くなつて
来た。一般に、このタービンバイパスシステムは
高圧バイパス、低圧バイパスの２段システムより
成る。

第１図はかかるタービンバイパスシステムを有
する蒸気タービン制御装置の系統図を示すもの
で、ボイラ加熱器１から主蒸気止め弁・加熱弁
２、高圧段タービン３、高圧排気室逆止弁１１、
再熱器５、再熱蒸気止め弁・インターセプト弁
６、中圧段タービン７及び低圧段タービン８を介
して復水器１０に至る主系統に対して、主蒸気止
め弁・加熱弁２、高圧段タービン３及び高圧排気
室逆止弁１１にするバイパス路を形成する高圧バ
イパス弁４と、再熱蒸気止め弁・インターセプト
弁６、中圧段タービン７及び低圧段タービン８に
対するバイパス路を形成する低圧バイパス弁９と
を設けている。各タービン３，７，８に共通の軸
には発電機Ｇが連結される。

かかる構成に於いて、今タービンの起動過程に
ついて説明するに、タービン起動前は、ボイラ加
熱器１よりの発生蒸気は主蒸気止め弁・加減弁２
及び高圧段タービン３をバイパスする高圧バイパ
ス弁４を経て再熱器５へ流れ込む。更に再熱器５
で再熱された蒸気は再熱蒸気止め弁・インターセ
プト弁６、中圧段タービン７、低圧段タービン８
をバイパスする低圧バイパス弁９を経て復水器１
０へ流れ込む。この間に低温再熱ラインに依り高
圧段タービン３への蒸気逆流防止を目的に設置さ
れた高圧排気室出口逆止弁１１は全閉している。

しかる後に、ボイラ発生蒸気が安定し、タービ
ンに流入させるのに適当な蒸気条件になるとター
ビンを起動させる。タービン起動から負荷上昇過
程に於いては、主蒸気止め弁・加熱弁２及び再熱
蒸気止め弁・インターセプト弁６を徐々に開き、
高圧段タービン３、中圧段タービン７への流入蒸
気を増加させる。ボイラ発生蒸気量が一定なら
ば、主蒸気止め弁・加減弁２の前の蒸気圧力並び
に再熱蒸気止め弁・インターセプト弁６の前の蒸
気圧力をそれぞれ定圧制御している高圧バイパス
弁４、低圧バイパス弁９は回転数上昇、負荷上昇
に伴つてタービン流入蒸気の増加に伴う前圧低下
防止を計る目的で徐々に閉まり、やがて全閉して
バイパスシステムに依る起動過程を終了する。

一方、この間に於いて、高圧排気室逆止弁１１
は流入蒸気量と共に増加する高圧段排気室圧力が
低温再熱ライン圧力よりも高くなつた時点で開き
始める。この後、逆止弁１１は弁通過蒸気量の増
加と共にその開度を増加させ、やがて弁デイスク
自重等の閉方向の力と蒸気流れに依る開方向の力
とがバランスする開度を保持する事となる。

かかるバイパス運転中の低温再熱ラインから高
圧段排気室への蒸気逆流防止の為の逆止弁として
は、従来は自由作動型（フリースイング）逆止弁
が用いられていたが、以下に述べる様な問題点を
持つている。

第１に、逆止弁は高圧段排気圧力、即ち逆止弁
１次側圧力が低温再熱ライン圧力、即ち逆止弁２
次側圧力よりも高くなつた時点で開き始めるので
あるが、高圧段排気圧力上昇がゆるやかな為に、
第２図の説明図に示す如く、逆止弁１１が開いた
瞬間に、過渡的に１次側圧力が２次側圧力以下と
なり再び全閉する。すなわち、１次側圧力が２次
側圧力より高くなると弁デイスクが開方向に作動
し始めるが、弁開により１次側から２次側への蒸
気流が生ずると、１次側の蒸気全エネルギーに変
わりが無くても蒸気流発生前の圧力エネルギーの
一部が速度エネルギーに変わるため、弁デイスク
作動力として作用する圧力エネルギーが減少し、
弁デイスクは再び閉じてしまう。弁閉により速度
エネルギーが零となり、圧力エネルギーが増加す
るので１次側圧力が２次側圧力より高くなり、弁
デイスクは再び開放動作する。逆止弁はこの様な
微開−全閉動作を数回繰り返した後、いわゆるチ
ヤタリング現象を生じた後、弁開方向に移動する
訳であるが、弁開き始めに於けるチヤタリング現
象は弁デイスク及びシート部の破損の原因となる
ので好ましくない。

第２に、通常運転時の逆止弁開度は弁デイスク
等の閉方向の力と蒸気の流れに依る開方向の力と
のバランスを保持する開度であり、全開する事は
ない。この為に、逆止弁に依る圧力損失が大きく
なり、プラント効率低下の原因となる為に、圧力
損失を最小限とする様な方策が望まれる。

従つて、本発明の目的は上記従来技術の欠点を
なくし、逆止弁のチヤタリング現象を防止すると
共に逆止弁に依る圧力損失を回避し得る蒸気ター
ビン制御装置を提供するにある。

この目的を達成するために、本発明は高圧排気
室逆止弁として強制作動型逆止弁を用い、開き始
めには開信号を与えると共に通常運転中は全開信
号を与える如く構成される逆止弁制御装置を備え
たものである。

第３図は本発明の一実施例に係る逆止弁制御装
置の制御ブロツク図を示すもので、同図中１２は
弁前圧力P₁を検出する弁前圧力検出器、１３は弁
後圧力P₂を検出する弁後圧力検出器、１４は前記
各圧力検出器１２，１３からの信号P₁，P₂を演算
する演算器、１５は逆止弁１１を開動作又は閉動
作させる開閉装置、１６はタービントリツプ信
号、１７は負荷遮断信号、１８は主蒸気止め弁全
閉信号、１９は非常時全閉信号、２０はテスト信
号をそれぞれ示すものである。ちなみに、逆止弁
１１は強制作動型が用いられ、開閉装置１５に依
つて弁開閉される。また、前記開閉装置１５は前
記演算器１４よりの信号で逆止弁１１を開動作さ
せ、信号１６〜１９の異常信号ないしは必要に応
じて付加されるテスト信号２０の論理和条件に従
つて逆止弁１１を閉動作させるものである。

かかる構成に於いて、タービンバイパスシステ
ムに依るタービン起動時に逆止弁１１の前後の圧
力を検出する各検出器１２，１３の各検出信号
P₁，P₂の差が予め定められた設定値α以上になる
と、即ち、 P₁−P₂≧α (1) になると、この事が演算器１４で演算検出され、
開閉装置１５に対して弁開信号が与えられる。な
お、前記設定値αは、逆止弁１１が微開した時に
蒸気が逆流しない様に適宜設定されるものであ
る。弁開信号を受けた開閉装置１５は逆止弁１１
を強制的に開方向に導く事となる為、逆止弁１１
は微開状態から再び全閉する事は無く、従つてチ
ヤタリング現象を生ずる事無く開動作を行う事と
なる。

また、演算器１４より弁開信号を受けた開閉装
置１５は、他のタービン制御系からの異常信号、
即ちタービントリツプ信号１６、負荷遮断信号１
７、主蒸気止め弁全閉信号１８、非常時全閉信号
１９が投入されない限り、弁閉動作に移行する事
はない。従つて、逆止弁１１は通常運転中は全開
状態を保持し、弁圧力損失を最小限に留める事が
出来る。

次に、通常運転中のタービントリツプ時あるい
は負荷遮断時の動作を説明するに、かかる場合主
蒸気止め弁・加減弁２及び再熱蒸気止め弁・イン
ターセプト弁６は全閉するが、各タービン３，
７，８はこれらの各弁の閉動作遅れに依る流入蒸
気エネルギー、各段落、抽気ラインの残留エネル
ギーに依り回転上昇する。この回転上昇は、一定
の設定値以下に抑えなければならないが、もしタ
ービントリツプ時あるいは負荷遮断時も高圧排気
室逆止弁１１が全開状態を維持するならば、再熱
ライン残留蒸気が高圧段タービン３に逆流し、更
に中圧段、低圧段の各タービン７，８へと流れ込
み、タービン回転数をある設定値以上とする。即
ちオーバースピードさせる可能性がある。従つ
て、この様な場合、開閉装置１５に対して弁閉信
号を与え、逆止弁１１への強制開信号を断ち、逆
止弁１１を前後差圧に依り全閉状態とさせる。こ
の事は、特にタービントリツプ、負荷遮断時に、
バイパスシステムを運用してボイラ運転を継続す
る際には、特に重要である。なお、開閉装置１５
に弁閉信号を与える為の各信号１６，１７はター
ビントリツプ系、負荷遮断系等の系統各部より個
別に得るものである。

また、一般のタービン起動過程に於いては、蒸
気加減弁を全開させ、タービンへの蒸気流入量制
御を主蒸気止め弁で行うノズル調速運転から、主
蒸気止め弁を全開させて、タービンへの蒸気流入
量制御を蒸気加減弁で行う絞り調速運転に切換え
るが、ノズル調速運転時にタービンの異常に依り
タービンを停止させる場合がある。この様な場合
も主蒸気止め弁全閉信号１８に依り、逆止弁１１
への全開信号を断ち、蒸気逆流を防止しなければ
ならない、この時に逆止弁１１が開いていると、
蒸気逆流に依り排気室の急激な温度変化が生じ、
排気室の変形及び羽根の浸食の原因となるので、
逆止弁１１の全閉は重要である。

更に、発電所中操よりの非常信号１９あるいは
動作確認の為のテスト信号２０に依つても逆止弁
１１への全開信号を断つ事が出来るものである。

第４図は第３図に示した逆止弁制御装置の具体
的な構成を例示する系統図で、開閉装置１５とし
て電磁弁２１を、また開閉装置１５に対する弁開
信号及び負荷遮断信号１７、主蒸気止め弁全閉信
号１８、非常時全閉信号１９として電気信号を、
タービントリツプ信号１６としてタービン非常油
２４及びタービントリツプ時非常油圧の消失に依
り作動するダンプ弁２５を、開閉装置１５から逆
止弁１１への信号として圧縮空気２２を、逆止弁
１１の作動媒体としてタービン制御油２３を、テ
スト信号２０として逆止弁テスト装置２００をそ
れぞれ適用した場合を例示するものである。な
お、同図中１１ａはパイロツト弁、１１ｂ，１１
ｃはポート、１１ｂはばね、１１ｅはエアシリン
ダー、１１ｆは逆止弁油筒をそれぞれ示すもの
で、逆止弁１１の駆動機構を形成するものであ
る。

かかる構成に於いて、タービン起動直前に於い
ては、タービン制御油２３、非常油２４、圧縮空
気２２はリセツトされており、従つてダンプ弁２
５もリセツト状態に導かれるが、電磁弁２１がオ
フ状態となつている為、ダンプ弁２５のポート２
５ａを通過した圧縮空気２２は電磁弁２１で遮断
される。

また逆止弁１１はそのエアシリンダー１１ｅが
全閉状態となる為、タービン制御油２３はパイロ
ツト弁ポート１１ｃで遮断され、逆止弁油筒下部
には流れず、従つてばね１１ｄの力に依つて全閉
状態となつている。

タービン起動と共に排気室圧力が高くなり、逆
止弁１１の弁前圧P₁が弁後圧力P₂に所定値αを加
えた値以上となると、これが演算器１４で検出さ
れ、電磁弁２１に励磁信号を与える。この為、電
磁弁２１はオン状態に移行し、ポート２１ａとポ
ート２１ｃを結ぶが、その結果、圧縮空気２２は
ポート２１ｃ、更に逆止弁テスト装置２００を経
て、パイロツト弁１１ａのエアシリンダー１１ｅ
下部に流れ込む。この圧縮空気２２はエアシリン
ダー１１ｅのばね力に抗してエアシリンダ１１ｅ
のピストンを上部に持ち上げて、結局ポート１１
ｃ，１１ｂを連通させる事となる。従つて、ター
ビン制御油２３はこれらのポート１１ｃ，１１ｂ
を通じて逆止弁油筒下部に流れ込み、ばね１１ｄ
に力に抗して逆止弁油筒１１ｆのピストンを持ち
上げて逆止弁１１を全開させる。

以上の動作は、全ての排気室の逆止弁１１に対
して同様に作用する為、全ての逆止弁１１が全開
する事となる。

一方、タービントリツプ時には、非常油２４の
圧力が消失する事に依り、ダンプ弁２５がばね２
５ｅの力に依つて移動し、ポート２５ａ，２５ｃ
を連通させると共にポート２５ｄを大気に開放す
る。この結果、ダンプ弁２５より逆止弁エアシリ
ンダー１１ｅに至る間の圧縮空気２２は消失し、
従つてエアシリンダー１１ｅはばね力に依り全閉
状態となる。従つて、制御油２３はポート１１ｃ
で遮断され、一方逆止弁油筒下部の制御油はばね
１１ｄに依りエアシリンダー１１ａのポート１１
ｂを経てドレインとなる。つまり、逆止弁１１は
強制開信号が解かれて、弁前圧力が弁後圧力より
も低くなつた時に全閉し得る状態に置かれる事と
なる。

また、負荷遮断信号１７、主蒸気止め弁信号１
８、非常時信号１９が電磁弁２１に与えられた時
は、電磁弁２１は無励磁とされ、オフ状態に移行
する為に、電磁弁２１、エアシリンダ１１ｅ間の
圧縮空気はポート２１ｃ，２１ｂより放出され
る。従つて、タービントリツプ時と同様に、逆止
弁１１は強制開信号が解かれる事となる。

一方、テスト装置２００は、電磁弁２１よりの
圧縮空気を遮断すると共にエアシリンダー１１ｅ
下部の空気を放出させる事に依り、逆止弁１１の
強制開信号を解くもので、逆止弁１１が正常な動
作を行うか否かの確認を行う為に用いられるもの
である。

第５図は第４図に示した構成の変形例を示す部
分系統図で、特に複数個の開閉装置に対応する電
磁弁２１−１〜２１−４に依り、複数個の逆止弁
１１−１，………を個別制御する構成を例示する
ものである。同図中、２７−１〜２７−３は演算
器１４と電磁弁２１の間に信号遅れを作り出す為
のタイマーである。

かかる構成は、全て逆止弁１１−１，………を
同時に全開させた場合に急激に回転数が上昇する
様なタービンに対して特に効果的であり、タイマ
ー２７−１〜２７−３に依つて、各逆止弁１１−
１，………の開き始めのタイミングがシーケンシ
ヤルになるように調整する事に依り、タービンの
急激な回転数の上昇を抑える事が可能である。

なお、タイマー２７−１〜２７−３の代りに、
第５図の一点鎖線で囲んだ部分に示す如く、制御
油２３のライン又は圧縮空気ラインにオリフイス
２６等を介挿して代用させる事も可能である。

ちなみに、第５図では、タービントリツプ信号
１６、テスト信号２０も電気信号として電磁弁２
１に与える如き構成を例示した。

なお、第４図，第５図に例示した構成の他に
も、圧力検出点数、信号媒体、逆止弁駆動媒体、
開閉装置構造等、他の多くの組み合せが考えられ
るものであり、これらは本発明の実施を妨げるも
のではない。

以上詳述したように本発明によれば、タービン
起動時の弁前後の検出圧力差に基づいて弁開制御
を行うことにより弁開時のチヤタリング現象を確
実に防止することができると共に、弁開後は強制
開信号により全開状態に保つことにより低圧力損
失の逆止弁を提供することができる。また、強制
開信号解除は弁前後の圧力差信号によらずタービ
ントリツプや負荷遮断信号、主蒸気止め弁全閉信
号、非常時全閉信号などの異常信号によつて行う
ため、弁の逆流防止効果は弁前後圧力逆転と同時
に発揮され、ここに極めて高い信頼性を有する逆
止弁装置を提供することができる。

各高圧排気室ごとに設けられた複数の逆止弁を
有するタービンシステムにおいては、逆止弁開放
時のタイミングをシーケルシヤルとすることはよ
り、逆止弁開放時のタービン回転数の急上昇を防
止することができ、ここに、より高信頼性の制御
性に優れた逆止弁とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の蒸気タービン制御装置の系統
図、第２図は第１図の系統の動作の説明図、第３
図は本発明の一実施例に係る逆止弁制御装置の制
御ブロツク図、第４図は第３図の装置の具体的な
構成を例示する系統図、第５図は第４図に示した
構成の変形例を示す部分系統図である。 １２……弁前圧力検出器、１３……弁後圧力検
出器、１４……演算器、１５……開閉装置、１１
……逆止弁、１６……タービントリツプ信号、１
７……負荷遮断信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラから主蒸気弁、高圧段タービン、逆止
   弁、再熱器、再熱蒸気弁、および中低圧段タービ
   ンを介して復水器に至る蒸気系統を構成すると共
   に、前記主蒸気弁、高圧段タービンおよび逆止弁
   に対して分路をなす高圧バイパス弁と、前記再熱
   蒸気弁および中低圧段タービンに対して分路をな
   す低圧バイパス弁とを設けてなる蒸気タービンシ
   ステムを制御する蒸気タービンの制御装置におい
   て、 前記逆止弁として強制作動型逆止弁を備えると
   共に、前記逆止弁の高圧段タービン側圧力および
   再熱器側圧力を検出する圧力検出手段と、タービ
   ン起動過程において前記圧力検出手段によつて検
   出される高圧段タービン側圧力が再熱器側圧力よ
   りも予め設定した値以上になつたときそのことを
   検出する演算手段と、この演算手段の検出出力に
   よつて前記逆止弁を強制開動作させる弁開手段
   と、タービン運転中に発生する異常信号に基づき
   前記弁開手段による強制弁開動作を解除して前記
   逆止弁を閉動作させる弁閉手段とを具備したこと
   を特徴とする蒸気タービンの制御装置。 ２ ボイラから主蒸気弁、複数の排気室を有する
   高圧段タービン、前記各排気室ごとに設けられた
   逆止弁、再熱器、再熱蒸気弁、および中低圧段タ
   ービンを介して復水器に至る蒸気系統を構成する
   と共に、前記主蒸気弁、高圧段タービンおよび逆
   止弁に対して分路をなす高圧バイパス弁と、前記
   再熱蒸気弁および中低圧段タービンに対して分路
   をなす低圧バイパス弁とを設けてなる蒸気タービ
   ンシステムを制御する蒸気タービンの制御装置に
   おいて、 前記各逆止弁として強制作動型逆止弁を備える
   と共に、各逆止弁の高圧段タービン側圧力および
   再熱器側圧力を検出する圧力検出手段と、タービ
   ン起動過程において前記圧力検出手段によつて検
   出される高圧段タービンが再熱器側圧力よりも予
   め設定した値以上になつたときそのことを検出す
   る演算手段と、前記各逆止弁を個々に開閉し得る
   弁開手段と、前記演算手段の検出出力に基づき前
   記弁開手段を介して前記逆止弁をシーケンシヤル
   に強制開動させるタイマー手段と、タービン運転
   中に発生する異常信号に基づき前記弁開手段によ
   る強制弁開動作を解除して前記各逆止弁を閉動作
   させる弁閉手段とを具備したことを特徴とする蒸
   気タービンの制御装置。