JPS63143305A - タ−ビン過負荷防止方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、タービン過負荷防止方法に関するもので、詳
しくは、天然ガスを作動媒体とする液化天然ガス冷熱利
用発電設備における再熱式タービンや産業用再熱背圧式
蒸気タービンなどの再熱式タービンの過負荷防止方法に
関するものである。

従来の技術 従来の再熱式タービンは、たとえば、第５図に示すよう
な構成からなっている。第５図において、２１は作動流
体の受入ライン、２２は中間第１ライン、２３は加減弁
、２４は高圧タービン、２５は中間第２ライン、２６は
再熱器、２７は中間第３ライン、２８は低圧ターピ／、
２９は発電機、３０はタービン排気ライン、３１は最終
ライン、３２はタービンバイパスライン、３３はタービ
ンバイパス弁、３４はタービンバイパスライン、３５は
制御装置、３６は圧力検出器、３７は負荷検出器である
。そして、再熱式タービンにおける従来のタービン過負
荷防止方法は、次のようにして行なわれていた。

すなわち、負荷検出器３７でタービン出力を検出し、こ
の検出信号を制御装置３５に入力し、規定許容最大負荷
を越えた場合には、その分だけ、加減弁２３を絞り込む
ことにより、高圧タービン２４に流入する作動流体の流
量を減少させるように制御してタービン過負荷を防止し
てでは、タービン排気ライン３０から流出するタービン
排気を次の工程で利用するため、前述の過負荷防止のた
めにタービン流量の減少分だけ、タービンバイパス系統
（タービンバイパスライン３２→タービンバイパス弁３
３→タービンバイパスライン３４）からタービン作動流
体を最終ライン３１に供給していた。

発明が解決しようとする問題点 前述のように、従来のタービン過負荷防止方法において
は、加減弁２３を絞り込むことにより、高圧タービン２
４に流入する作動流体の流量を減少させるように制御し
ているため、その流量の減少分だけ、タービンバイパス
系統からタービン作動流体を次工程へ供給する必要があ
り、この場合、その過負荷の程度が僅かなときは、ター
ビンバイパス系統に流す作動流体の流量が僅少となり、
タービンバイパス弁３３の開度も僅少となるので、制御
性が悪くなり、または制御が不能となったり、自励振動
を誘発して振動騒音が大きくなるという問題点があった
。

本発明は、このような問題点を解決することを目的とす
るものである。

問題点を解決するための手段 再熱式タービンにおいて、再加熱後の作動流体を再び下
流段タービンに導入する流路に絞り制御弁ｆ：設け、か
つ、タービン負荷検出器からの負荷検出信号を入力する
とともに、これを処理して前記絞り制御弁に制御信号を
出力する制御装置を設け、タービン出力が許容される値
を越えた場合に、前記制御装置からの制御信号により、
前記絞り制御弁を操作させて前記下流段タービンに流入
する作動流体を絞り込み制御して該絞り制御弁の入口圧
力を上昇させ、この結果として、再加熱前の上流段ター
ビン出口圧力が上昇することによって上流段タービン内
の熱落差全減少させてタービンを過負荷させないように
した。

作用 タービン出力が許容される値を越えた場合に、上流段タ
ービン入口流量を変えないで、下流段タービンに導入す
る作動流体の流路に設けられた絞り制御弁を絞り込んで
該絞り制御弁の入口圧力を上昇させると、上流段タービ
ン出口圧力が上昇し、これにより、上流段タービン内の
熱落差が減少してタービン過負荷が防止される。

この結果、タービンバイパス系統を設ける必要がなくな
る。またはタービンバイパス系統を併用する場合には、
タービンバイパス弁の微少開度運転を避けることができ
る。

実施例 第１図は本発明の作用と効果を説明するためのタービン
膨張線区である。また第２図は本発明の方法を実施する
第１例の装置を示し、第３図は同じく第２例の装置を示
し、第４図は同じく第３例の装置を示している。すなわ
ち、後述するように、第２図の装置ではタービンバイパ
ス系統を設けない場合であり、第３図と第４図の装置で
はタービンバイパス系統を併用した場合である。

第２図ないし第４図において、ｌは作動流体の受入ライ
ン、２は中間第１ライン（第２図には設けていない）、
３は加減弁、４は上流段タービン（高圧タービン）、５
は中間第２ライン、６は再熱器（熱交換器）、７は中間
第３ラーｊン（再加熱後の作動流体を再び下流段タービ
ン９に導入する流路）、ｓＨ該中間第３ライン７に設け
られた紋り制御弁、９は下流段タービン（低圧タービン
または再熱タービン）、１０は発％１１１ｙ（タービン
負荷）、ユ１はタービン排気うイン、１２は最終ライン
、１３はタービンバイパスライン（第２図には設けてな
い）、１４はタービンバイパス弁（第２図には設けてな
い）、１５はタービンバイパスライン（第２図には設け
てない）、１６は制御装置、１７は圧力検出器、１８は
回転数検出器、１９は負荷検出器である。

なお第３図の例は、制御装置１６によりタービン背圧制
御を行なっている場合で、タービン前圧については図示
しない装置で制御するようになっている。また第４図の
例は、制御装置１６によりタービン前圧制御を行なって
いる場合で、タービン背圧については図示しない装置で
制御するようになっている。

まず、第２図ないし第４図に示した装置の共通な部分に
ついて説明する。

タービン作動流体は、受入ラインｌから加減弁３を通シ
、上流段タービン４に入って膨張し、中間第２２イン５
を通って再熱器６に入って再加熱され、中間第３ライン
７を経て絞シ制御弁８を通り、下流段タービン９に入っ
てさらに膨張する。この結果、両タービン４と９で発生
する仕事によシ発電機１ｏを駆動する。タービン回転速
度制御は回転数検出器１日により回転速度を検出し、制
御装置１６により加減弁３および絞９制御弁８を操作し
て行なう。発電状態では発電機１０による電力は周波数
の安定している電力網に接続されているため、通常は回
転数の変動がなく、回転速度制御のための制御信号は出
ていない。このため、通常は圧力検出器１７で検出した
圧力を一定にするように制御装置１６からの操作信号で
加減弁３を操作してタービン流量を加減している。すな
わち、加＃１弁３でタービン後流のプロセスで必要な流
量（最終ライン１２を流れる流ｋ）′ｆ！：確保してい
る。

しかし、負荷検出器１９で検出したタービン出力が規定
許容最大負荷を越えた場合には、その分だけ制御装置１
６からの操作信号で絞り制御弁８を絞る方向に操作して
負荷を規定値に保持する。

なお回転速度制御は、通常、起動時に発電機１０を同期
投入する場合以外は働かないが、回転数が異常上昇した
場合の異常時には、制御装置１６によって他に優先して
操作信号が加減弁３と絞り制御弁８に送られ、回転体の
過速度を防止する。

さらに、第１図により熱力学的に説明する。

ここで、点線は本発明による過負荷防止を行なったとき
の上流段タービン４の膨張線および出口圧力Ｐ；、絞り
制御弁８の入口圧力Ｐ（および絞り制御弁８の入口から
下流段タービン９の入口までの状態変化線Ｃ′→Ｃを示
している。

そして、第１図におけるａは加減弁３の入口の状態で、
圧力がＰｌ、温度がＴ、である。ｂ　、　ｂ’は上流段
タービン４の出口状態で、圧力がＰまま たはＰ′となっている。ｃ　、　ｃ’は絞り制御弁８の
人口状態で、圧力がＰ３またはＰ（、温度がＴ、（圧力
Ｐ３では）となっている。ｄは下流段タービン９の出口
状態で、圧力がＰ４となっている。

第２図ないし第４図における受入ライン１からの作動流
体は、通常の場合には、上流段タービン４内でａからｂ
まで膨張し、再熱器６で再加熱され、絞り制御弁８０入
口でＣＯ状態となり、下流段タービン９内でＣからｄま
で膨張する。

しかし、本発明による過負荷防止制御をすると、絞り制
御弁８を絞り込む結果、絞υ制御弁８の入口状態はＣか
ら等エンタルピ的にＣ′となり、入口圧力はＰ、からＰ
ｉに上昇し、この結果、上流段タービン４の出口圧力も
Ｐ２からＰＪに上昇する。これによシ、上流段タービン
４の出口状態はｂからｂ′となり、上流段タービン４内
の熱落差はΔ１だけ減少する。他方、下流段タービン９
では、絞り制御弁８を絞ったことにより、絞９制御弁８
の前後の圧力差は大きくなるが、下流段タービン９その
ものの前後の圧力は変わらないために熱落差は不変であ
る。このように、絞り制御弁８を絞り込んだ結果、上流
段タービン４内の熱落差が減少するため、タービン出力
は低下する。

なお上流段タービン４の出口圧力がＰ２からＰ；に上昇
するが、通常、上流段タービン４の第１段は圧力比が臨
界圧力比以上のため、タービン流量は不変である。もし
、上記圧力比が臨界圧力比未満の場合には、タービン流
量は減少するが、プロセス圧力制御により加減弁３を必
要な量だけ開けば、タービン流量は変えないですむこと
になる。

つぎに、タービン過負荷量が著しく犬きくなると予想さ
れる場合に、絞り制御弁８のみによる過速度防止には実
用上から限界があるので、第３図および第４図にみられ
るように、タービンバイパス系統を併用する。この場合
、絞り制御弁８が規定限界値まで絞っても、過負荷状態
が解消されない場合には、絞り制御弁８の開度を図示さ
れていない弁リフト検出器によって検出するか、絞り制
御弁８の操作信号により検知するかして、制御装置１６
から加減弁３を閉方向に操作するような制御に切換える
とともに、絞り制御弁８を一定速度で全開まで徐々に開
く。

このようにすることによって絞り制御弁８の全開状態で
加減弁３によりタービン負荷を規定値に保持するように
制御する。この結果、タービン流量が減少するので、プ
ロセス圧力が変化し、この圧力変化を圧力検出器１７に
より検出し、制御装置１６の信号によりタービンバイパ
ス弁１４を開き、タービン後流側で必要な流量、つまり
、最終ライン１２の流量を確保する。

なお第３図（第２図でも同じ）の場合で、タービン後流
側で要求する流量よりタービン側から最終ライン１２に
供給する流量が少なければ、圧力検出器１７で検出され
る圧力が低下する。

また第４図の場合には、受入ライン１より上流側にある
訴されていない制御弁により最終ライン１２の圧力が制
御されている。この結果、上流１１１１１　（タービン
側）から供給する流量が下流側（最終ライン１２側）で
消費する流量より少なくなると、該ライン１２の圧力が
低下し、図示されていない別の制御系統により前記制御
弁が開かれ、受入ライン１への流量を増加させる。

この結果、圧力検出器１７で検出する圧力（前圧という
）は上昇し、制御装置１６により加減弁３（過負荷防止
制御していない時）あるいはタービンバイパス弁１４（
過負荷防止制御中）を操作して前圧の制御を行なう。

またタービンバイパス弁１４による過負荷防止を行なう
ときは、過負荷防止制御中のタービンバイパス弁１４の
弁開度が十分制御可能で、著しい振動や騒音の発生がな
い領域に選定する。

すなわち、前述のように、絞り制御弁８による過負荷防
止にタービンバイパス系統を併用したことにより、上記
の選定が可能になる。またタービン下流側のガス利用側
のガス消費量の変動やその他によって起るタービン負荷
の変動によって、タービンバイパス弁１４が許容最低限
の弁開度、つまり、制御の不安定や著しい振動および騒
音を起させないための弁開度に低下すれば、図示されて
いない弁開度検出器または弁操作信号により検知した弁
開度相当信号を制御袋ｆ１６に送り、タービンバイパス
弁１４を一定速度で全閉まで閉じ、加減弁３による圧力
制御に切換えると同時に絞り制御弁８による過負荷防止
制御に切換える。

発明の効果 本発明は、上流段タービンで膨張した作動流体を取り出
して再熱器で再加熱後に再び下流段タービンに導入して
膨張させるようにした再熱式タービンにおいて、前記再
加熱後の作動流体を再び下流段タービンに導入する流路
に絞り制御弁を設け、かつ、タービン負荷検出器からの
負荷検出信号を入力するとともにこれを処理して前記絞
り制御弁に制御信号を出力する制御装置を設け、タービ
ン出力が許容される値を越えた場合に、前記制御装置か
らの制御信号により、前記絞り制御弁を操作させて前記
下流段タービンに流入する作動流体を絞り込み制御して
該絞り制御弁の入口圧力全上昇させ、これにより、再加
熱前の上流段タービン出口圧力が上昇することによって
上流段タービン内の熱落差を減少させてタービンを過負
荷させない方法であるから、上流段タービンの上流側に
設けられた加減弁を加減することなく、すなわち、ター
ビン流量を変えないて゛タービン内熱落差の減少によっ
てタービン過負荷を防止することができ、したがって、
過負荷になる程度が比較的少ない場合には、タービンバ
イパス系統を設ける必要がなくなり、コスト低減になる
。また異常状態などの過負荷の程度が著しく犬きくなる
場合を考慮してタービンバイパス系統を併用した場合に
は、タービンバイパス弁を微小開度または低開度で使用
しないため、そのタービンバイパス弁の低流量域での制
御不安定や自励振動等による著しい振動および騒音を発
生させないですみ、そのタービンバイパス弁の寿命およ
び信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用゛および効果を説明するためのタ
ービン膨張線図、第２図は本発明を実施する装置の第１
例の説明図、第３図は同じく第２例の説明図、第４図は
同じく第３例の説明図、第５図は従来の技術の説明図で
ある。 １・・・受入ライン、３・・・加減弁、４・・・上流段
タービン、６・・・再熱器、７・・・下流段タービンに
導入する流路、８・・・絞り制御弁、９・・・下流段タ
ービン、１６・・・制御装置、１９・・・負荷検出器。 第１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上流段タービンで膨張した作動流体を取り出して再
   熱器で再加熱後に再び下流段タービンに導入して膨張さ
   せるようにした再熱式タービンにおいて、前記再加熱後
   の作動流体を再び下流段タービンに導入する流路に絞り
   制御弁を設け、かつ、タービン負荷検出器からの負荷検
   出信号を入力するとともにこれを処理して前記絞り制御
   弁に制御信号を出力する制御装置を設け、タービン出力
   が許容される値を越えた場合に、前記制御装置からの制
   御信号により、前記絞り制御弁を操作させて前記下流段
   タービンに流入する作動流体を絞り込み制御して該絞り
   制御弁の入口圧力を上昇させ、これにより、再加熱前の
   上流段タービン出口圧力が上昇することによつて上流段
   タービン内の熱落差を減少させてタービンを過負荷にさ
   せないことを特徴とする、タービン過負荷防止方法。