JPS6147963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は圧力の異なる２種類の蒸気によつて
駆動される混圧タービンの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

混圧タービンでは高圧蒸気を高圧タービンに流
入させ、低圧蒸気は高圧タービンの排気と混合さ
せて低圧タービンへ流入させている。

混圧タービンはガスタービンの廃熱を利用する
コンバインドサイクルプラント、あるいは産業用
プラントの余剰蒸気を利用することによつて、プ
ラント効率を高めるうえで有効である。

しかしながら、蒸気タービンの途中段に低圧蒸
気を混入させる場合、いかなる状態でも可能であ
るわけではない。この場合、混入する低圧蒸気温
度と、高圧タービンの排気温度との差、混入する
低圧蒸気圧力と高圧タービン排気圧力との差等に
制限されことになる。

従来から用いられているこのような混圧タービ
ンの制御装置は、第３図のブロツク図に示す如き
構成になつている。同図において、高圧ボイラ１
より発生した主蒸気は主蒸気止め弁（急速閉鎖
型）２、蒸気加減弁３を経て高圧タービン４へ流
入する。一方低圧ボイラ５より発生した蒸気は低
圧蒸気止め弁６から低圧蒸気加減弁７を経て、高
圧タービン４の排気と混合されて低圧タービン８
に流入する。この低圧タービン８の排気は復水器
９へ導かれる。また、こうして駆動されるタービ
ンロータ１１は発電機１０に結合されている。こ
のような混圧タービンの速度制御は次のようにし
て行われる。タービンロータ１１に直結した歯車
１２とこれに対向して取付けた電磁ピツクアツプ
１３にてタービン回転数が検出され、このタービ
ン回転数に比例した周波数信号がＦ／Ｖコンバー
タ１４にてアナログ信号に変換され、実速度を示
す速度制御系の帰還信号となる。この実速度信号
は速度設定器１６からの設定信号と加算器１５に
よつて比較され、その速度誤差信号は演算回路１
７にて速度調定率に見合つた速度制御信号に変換
される。かかる速度制御信号は、負荷制限器１９
からの制限信号と低値優先回路１８にて比較さ
れ、いずれか低い方が制御信号として選択され
る。

上記速度制御信号の一方は、蒸気加減弁制御回
路２０で演算増幅されて、蒸気加減弁開度号に変
換される。この蒸気加減弁開度信号は電油変換器
２１にて、機械的な変位量に変換され、蒸気加減
弁油筒２２の入力となる。蒸気加減弁油筒２２で
増幅された蒸気加減弁開度信号は蒸気加減弁３を
開閉して蒸気タービンの流入蒸気量を制御する。
他方、分岐した速度制御信号は、低圧加減弁制御
回路２３にて演算増幅され、低圧蒸気加減弁開度
信号に変換される。この低圧蒸気加減弁開度信号
は次の電油変換器２４にて機械的な変位量に変換
されて、低圧蒸気加減弁油筒２５の入力となる。
しかしで低圧蒸気加減弁油筒２５で増幅された低
圧蒸気加減弁開度信号は低圧蒸気加減弁７を開閉
して低圧蒸気のタービンへの流入量を制御する。
以上のようにタービンの回転数（負荷）は蒸気加
減弁３および低圧蒸気加減弁７により制御される
ようになつている。その際、低圧蒸気加減弁７は
蒸気加減弁３の開度に比例するように開口する。
また主蒸気止め弁２と低圧蒸気止め弁６とは図示
しない非常装置をリセツトすることによつて、タ
ービン起動前に全開するようになつている。な
お、常に高圧蒸気と低圧蒸気を蒸気タービンに供
給できる状態である場合は上述制御装置で満足で
きるが、低圧蒸気としてプラントの余剰蒸気を用
いる場合、あるいは、蒸気タービンをガスタービ
ンとのコンバインドサイクルにおける混圧タービ
ンの場合、低圧蒸気が常に使用できるとは限らな
いので、この場合は必要に応じて第４図に示すよ
うに低圧ボイラ５と低圧蒸気止め弁６との間に止
め弁２６が設けられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来の混圧タービンにおいては、ター
ビンをリセツトすることによつて、高圧蒸気の主
蒸気止め弁２と低圧蒸気止め弁６とを共に全開さ
せていた。しかし、低圧蒸気は常に使用できると
は限らず、高圧蒸気のみで運転されることも多く
ある。このようなとき、低圧蒸気は低圧蒸気加減
弁でしや断されるわけであるが、低圧蒸気加減弁
の蒸気しや断機能は必ずしも十分ではなく、その
結果必要のない低圧蒸気が低圧タービンに流入す
ることとなる。また、弁の据付面積を縮小すべく
上記低圧蒸気止め弁と低圧蒸気加減弁を一体のケ
ーシングに収容した組合せ弁が一般に用いられて
いるが、その場合でも低圧蒸気の体積流量が大き
いため加減弁の口径はかなり大きくなつてしま
う。しかも、低圧蒸気加減弁の開閉速度はタービ
ンの制御性を大きく左右するという理由で、加減
弁の構造は開閉速度に優れたバランス形を採用し
ている。かかる大口径のバランス形弁である低圧
蒸気加減弁にあつては、漏洩がないように密閉す
ることはますます困難となる。かような漏洩蒸気
はタービンの制御上乱れの原因なり、特にタービ
ン起動時にあつては、タービンリセツトと同時に
低圧蒸気止め弁が全開して漏洩蒸気がタービンに
流入し、タービンを昇速させてしまうという不都
合を生ずる。

さらに、高圧蒸気のみでタービンを運転してい
る場合に、この高圧蒸気に加えて低圧蒸気をも作
動蒸気として使用するときには、低圧蒸気加減弁
が速度制御信号に基づいて開口されるわけである
が、このとき低圧蒸気圧力が高圧タービンの排気
圧より低いと高圧タービンの排気が低圧ボイラ側
に逆流する惧れがあり、また、低圧蒸気温度と高
圧タービン排気温度が異なりその差が大きいと低
圧タービンの各部に熱応力が生じケーシングや羽
根にクラツクを生ずる惧れがある。さらにこれら
圧力および温度がマツチングしない情況で低圧蒸
気の流入を開始すると、ドレンが低圧タービン内
で多量に生じ、羽根を損傷することがある。

本発明は、低圧蒸気と高圧タービン排気の性状
を比較しながらタービンを制御することにより、
常に安定した運転を行えるようにした混圧タービ
ンの制御装置を得ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、高圧タービンおよび低圧タービンか
ら構成されて、低圧蒸気または／および高圧ター
ビンの排気を低圧タービンの作動蒸気として用い
る混圧タービンの制御装置であつて、低圧タービ
ンの入口で低圧蒸気の流れを制御する低圧蒸気止
め弁および低圧蒸気加減弁を備えたものにおい
て、 ａ 低圧蒸気と高圧タービン排気の温度差△Ｔを
検出する手段 ｂ 低圧蒸気と高圧タービン排気の圧力差△Ｐを
検出する手段 ｃ 低圧蒸気加減弁の開閉状態νを検出する手段 ｄ 上記△Ｔ，△Ｐがそれぞれ一定値以内であつ
て、かつνが開状態を示しているときに低圧蒸
気止め弁を開口する手段 を設けたことを特徴としている。

〔作用〕

従来から低圧蒸気止め弁はタービン過速等非常
時の蒸気しや断用として、また低圧蒸気加減弁は
速度制御用として設置され、各弁はそれぞれの目
的のために開閉制御されていた。

本発明は、かかる従来の構成にさらに上記手段
を付設することにより、低圧蒸気止め弁を単なる
非常時の蒸気しや断ばかりでなく、低圧蒸気をタ
ービンに供給する必要がないとき、また供給する
とタービンに悪影響を与えることが予測できると
きに、積極的にこれを閉口せしめようとするもの
である。

すなわち、本発明によれば、低圧蒸気止め弁は
低圧蒸気と高圧タービン排気の温度および圧力差
が一定値以内であつて、かつ低圧蒸気加減弁が開
口するときもしくは開口しているときに限つて開
口され、それ以外の場合は閉口される。

かかる本発明によれば、タービン起動時にあつ
ては低圧蒸気加減弁からの漏洩蒸気によりタービ
ンが過速するのが防止され、また高圧蒸気のみに
よる運転から高圧―低圧蒸気による混圧運転への
移行に際しては、高圧タービン排気と低圧蒸気の
温度・圧力差が一定の許容範囲内となるまで移行
されないこととなり、蒸気条件の違いに基くター
ビン機器に対する悪影響（熱応力、ドレンの発
生、蒸気の逆流）が有効に防止される。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例にかかる混圧タービ
ンの制御装置を示すものであり、図中、第３図と
同一部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。

図中に追加された符号２６〜４４の各部につい
て説明すれば、低値優先回路１８の出力のうち、
その分岐信号は、低圧蒸気加減弁流量リミツト２
７からのリミツト信号と低値優先回路２６にて比
較され、低値信号が優先選択れる。この低値優先
回路２６の出力は加算器２８にて低圧蒸気加減弁
開き始めのバイアス設定器２９の出力と加算され
る。この低圧加減弁開き始めのバイアス設定器２
９の出力は、タービン発電機の系統併入前の速度
制御の安定化を図るため、系統併入前は蒸気加減
弁３だけでタービンを運転できるよう低値優先回
路２６の出力がある値（バイアス設定値）を越え
るまで低圧蒸気加減弁７を全閉に保持して、蒸気
加減弁３の開き始め点に対して低圧蒸気加減弁７
の開き始め点を遅らせる作用を有する。しかして
加算器２８の出力は可変定数３０を介して低圧蒸
気加減弁制御回路２３の入力となる。ここで可変
定数３０は蒸気タービンの負荷変動に対する高圧
蒸気流入量と低圧蒸気流入量との比率を運転状態
に見合うように変えるものである。すなわち、混
圧タービンでは、低圧蒸気を低圧タービンに混入
させて運転される（このときタービンの制御は蒸
気加減弁および低圧蒸気加減弁の両方で行われ
る）場合と、低圧蒸気を低圧タービンに混入させ
ないで運転される（このときタービンは蒸気加減
弁のみで制御される）場合とがあるが、これらの
運転状況に応じて速度調定率が変化してしまうの
で、上記可変定数３０によつてこれを補正してい
る。この可変定数３０はタービンの負荷と低圧蒸
気流量によつて変化するようになつている。

他方、低圧蒸気温度検出用の温度検出器３１は
低圧蒸気止め弁６の入口温度を計測している。こ
の温度検出器３１の出力は演算器３２を介して加
加算器３５の一方の入力となる。又高圧タービン
４の排気温度を温度検出器３３にて検出してお
り、その出力は演算器３４を介して加算器３５の
他方の入力となり、ここで上記低圧蒸気温度と比
較されその比較結果は比較器３６に入力される。
比較器３６は低圧蒸気温度と高圧タービン４の排
気温度との差のの絶対値が一定値以下のときに低
圧蒸気止弁開信号ＴをAND回路３７に入力信号
として与えるようになつている。

また、このAND回路３７には、低圧蒸気圧力
検出用の圧力検出器３８の出力と高圧タービン４
の排気圧力検出用の圧力検出器３９の出力とを加
算器４０で比較し、その差分が一定値以下の大き
さのときに比較器４１から出力される低圧蒸気止
め弁開信号Ｐと、低圧蒸気加減弁開度信号である
加算器２８の出力が零でないすなわち低圧蒸気加
減弁７が開口する状態かもしくは開口しているこ
とを検出して比較器４２から送られる低圧蒸気止
め弁開信号Ｖとが他の入力として与えられる。こ
のように３つの比較器３６，４１，４２からの各
低圧蒸気止め弁開信号Ｔ，Ｐ，ＶがAND回路３
７にそろうと、AND回路３７の出力はリレー回
路４３を通して低圧蒸気止め弁油筒機構４４に送
られ、低圧蒸気止め弁６は全開される。

第２図に低圧蒸気止め弁油筒機構４４を示す。
低圧蒸気止め弁油筒機構４４はソレノイド弁４
５、エアシリンダ４６、パイロツト弁４７から構
成される。上述した第１図中のAND回路３７の
入力信号Ｔ，Ｐ，Ｖがそろつて論理積が成立する
と、リレー回路４３からの信号を受けてまずソレ
ノイド４８が消磁されソレノイド弁４５がバネ４
９に付勢されて図中左方へ動く。この結果それま
で作動空気をエアシリンダ４６へ供給していた管
路の圧力が低下し、これに伴なつてエアシリンダ
４６に接続しているパイロツト弁４７はバネ５０
に付勢されて下方へ押し下げられる。このパイロ
ツト弁４７が下方へ動くとポートａとボートｂが
導通することとなり、こうして作動油がポート
ａ，ｂを経てダンプ弁５１に供給され、この作動
油圧によつてダンプ弁５１はバネ５２の押圧力に
して押し上げられ低圧蒸気止め弁６は全開される
こととなる。

次に本実施例の作用を説明する。

タービン起動時においては、まずタービンリセ
ツトにより主蒸気止め弁２が全開される。このと
き蒸気加減弁３および低圧蒸気止め弁６、低圧蒸
気加減弁７は全閉されたままである。しかしてタ
ービン起動の際、蒸気加減弁３が開口し蒸気がタ
ービン内に導入されてタービンは昇速を始める
が、この起動当初は低圧タービン８に導入される
高圧タービン４の排気蒸気は圧力・温度とも通常
運転時に比べて低い。他方で低圧ボイラから供給
された蒸気が低圧蒸気止め弁６の上流側まで達し
ているが、通常はこの低圧蒸気の温度・圧力は上
記排気蒸気のものより相当高い。このため加算器
３５，４０における演算結果が大きくなり、この
結果低圧蒸気止め弁開信号Ｔ，Ｐは消失した状態
となる。また、タービン昇速時には速度制御のた
めの弁開度信号は小さく、こため加算器２８にお
いて低値優先回路２６の出力にバイアスをかけら
れると、この加算器２８の出力は零、すなわち低
圧蒸気加減弁７は全閉状態が維持されることとな
る。これによつて比較器４２の出力である低圧蒸
気止め弁信号Ｖは消失された状態が維持される。

以上のようにタービン昇速時には低圧蒸気止め
弁開信号Ｔ，Ｐ，Ｖはいずれも消滅したままで、
したがつてAND回路３７における論理積が成立
せず低圧蒸気止め弁６は全閉されたままとなる。

しかしてタービンが定格回転数に到達すると、
連結された発電機の出力が系統に併入され、ター
ビンは負荷を設定負荷まで増加される。この状態
で高圧タービン４の排気蒸気の温度・圧力は漸次
上昇し、これらと低圧蒸気の温度・圧力との差が
一定値以下になると比較器３６，４１から低圧蒸
気止め弁開信号Ｔ，Ｐが出力されるようになる。
他方の負荷上昇に伴なつて速度制御のための弁開
度信号も大きくなつて低値優先回路２６の出力は
バイアス設定器２９の設定バイアス値を上回るよ
うになり、加算器２８の出力は零を越え低圧蒸気
加減弁７が開口を始める。この加算器２８の出力
が零を越えるとこれに伴なつて比較器４２から低
圧蒸気止め弁開信号Ｖが出力される。こうして低
圧蒸気止め弁開信号Ｔ，Ｐ，ＶがそろうとAND
回路３７における論理積が成立し、これに基くリ
レー回路４３からの信号により低圧蒸気止め弁６
が開口する。こうしてタービンに高圧蒸気に加え
て低圧蒸気が導入されて、混圧運転が開始され
る。

このようなタービン運転中に、何らかの事情で
低圧蒸気止め弁開信号Ｔ，Ｐ，Ｖのうち少なくと
もいずれかが消失した場合には、AND回路３７
において論理積が成立しなくなるからリレー回路
４３の出力信号も消失し、第２図におけるソレノ
イド４８がこの信号消失に伴なつて励磁され、ソ
レノイド弁４５がパネ４９の押圧力に抗して右方
へ動く。しかして作動空気がエアシリンダ４６に
供給され、これによりパネ４６の押圧力に抗して
パイロツト弁４７が上方へ動き、ポートａ，ｂが
非導通となつてダンプ弁５１はバネに押されて下
方へ動き低圧蒸気止め弁６が開口する。なお、ダ
ンプ弁５１下部の油はパイロツト弁４７のポート
ｂを経てドレンとして排出される。

次に、高圧蒸気のみでタービンを運転している
ときに、これを高圧―低圧蒸気による混圧運転に
移行する場合について説明する。このように高圧
蒸気のみでタービンが運転されているとき、通常
は低圧蒸気加減弁装置リミツト２７に制限値とし
て零が設定され、この流量零信号が低値優先回路
２６にて選択されているので、速度制御による弁
開度信号の大きさにかかわらず低圧蒸気加減弁７
は全閉に保持されている。このため比較器４２に
よる低圧蒸気止め弁開信号Ｖは消失しており、し
たがつてAND回路３７における論理積が成立せ
ず低圧蒸気止め弁６も全閉されている。

他方、このとき低圧ボイラ５から送給される低
圧蒸気の温度・圧力と高圧タービン４の排気蒸気
の温度・圧力との差がともに一定値以内であれば
比較器３６，４１から低圧蒸気止め弁開信号Ｔ，
ＰがAND回路３７に入力されている。したがつ
て、タービンを高圧蒸気から高圧―低圧蒸気によ
る混圧運転に移行するには、上記流量リミツト２
７の設定制限値を増加して低圧蒸気加減弁を開口
していけばよく、これによつて低値優先回路２６
の出力も増加し、加算器２８の出力が零を越える
と比較器４２から低圧蒸気止め弁開信号Ｖが出力
され、上記低圧蒸気止め弁開信号Ｔ，Ｐとあわせ
てAND回路３７における論理積が形立し、低圧
蒸気止め弁６が開口すると共に低圧蒸気加減弁７
も開口を始める。

こうして低圧蒸気が低圧タービン８にも導入さ
れ、タービンは高圧―低圧蒸気による混圧運転に
移行する。

なお、以上の説明においては加算器２８の出力
信号が零を越えたとき、すなわち低圧蒸気加減弁
７が開口し始めたのち比較器４２から低圧蒸気止
め弁開信号Ｖを出力することとしたが、これに代
えて加算器２８の出力信号が零を越える直前、す
なわち低圧蒸気加減弁７が開口し始める前に予め
比較器４２からの低圧蒸気止め弁開信号Ｖを出力
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明は低圧蒸気と高圧タービ
ン排気の温度および圧力を比較した結果と、さら
に低圧蒸気加減弁の開閉状態の三つの要素を論理
積の入力とし、その演算結果により低圧蒸気止め
弁の開閉を制御するものであるから、本発明によ
れば、低圧蒸気と高圧タービン排気の性状の相違
による蒸気の逆流やドレンあるいは熱応力の発生
がないからタービンの損傷を防止することができ
るという効果を奏する。また起動時においてはタ
ービンの過度な昇速を防止することができる等の
効果があり、本発明は実際的で優れたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる混圧タービ
ンの制御装置のブロツク図、第２図は低圧蒸気止
め弁油筒機構の一例を示す制御系統図、第３図は
従来の混圧タービンの制御装置のブロツク図、第
４図は従来の混圧タービンの制御装置の系統の一
部を示す図である。 ２……主蒸気止め弁、３……蒸気加減弁、４…
…高圧タービン、６……低圧蒸気止め弁、７……
低圧蒸気加減弁、８……低圧タービン、２６……
低値優先回路、２７……流量リミツト、２８……
加算器、２９……バイアス設定器、３０……可変
定数、３１，３３……温度検出器、３２，３４…
…演算器、３５，４０……加算器、３６，４１，
４２……比較器、３７……AND回路、３８，３
９……圧力検出器、４３……リレー回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧タービンおよび低圧タービンから構成さ
   れて、低圧蒸気または／および高圧タービンの排
   気を低圧タービンの作動蒸気として用いる混圧タ
   ービンに付設され、前記低圧タービン入口に設け
   られて前記低圧蒸気の流れを開閉制御する低圧蒸
   気止め弁および低圧蒸気加減弁と、前記低圧蒸気
   と前記高圧タービン排気の温度および圧力の夫々
   の差を検出する手段と、前記低圧蒸気加減弁の開
   閉を検出する手段と、前記低圧蒸気と前記高圧タ
   ービン排気の温度および圧力の夫々の差がそれぞ
   れ一定の範囲内にあつて、かつ前記低圧蒸気加減
   弁が開口するときもしくは開口しているときに前
   記低圧蒸気止め弁を開口させる手段とを備えた混
   圧タービンの制御装置。